Вариант 1, страница 33 - гдз по физике 10 класс дидактические материалы Марон, Марон

ТС-21. Поверхностное натяжение. Смачивание, капиллярность. Тесты для самоконтроля - страница 33.

Условие.

ТС-21. Поверхностное натяжение. Смачивание, капиллярность

Вариант 1

1. Чем вызвано поверхностное натяжение?

А. Притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

Б. Отталкиванием молекул поверхностного слоя от молекул внутри жидкости.

В. Действием на молекулы жидкости силы тяжести.

2. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости?

А. Только от рода жидкости и наличия примесей.

Б. Только от температуры жидкости.

В. От рода жидкости, ее температуры и наличия в ней примесей.

3. Какую работу нужно совершить, чтобы выдуть мыльный пузырь диаметром 14 см? Поверхностное натяжение мыльного раствора равно 0,04 Н/м.

А. $6,9 \cdot 10^{-3}$ Дж.

Б. $4,9 \cdot 10^{-3}$ Дж.

В. $2,9 \cdot 10^{-3}$ Дж.

4. В каком из сосудов вода смачивает капилляр (рис. 34)?

А. 1 и 2.

Б. 3.

В. 1 и 3.

5. При погружении в воду капиллярной стеклянной трубки радиусом $\text{r}$ жидкость в трубке поднялась на высоту $\text{h}$ над уровнем жидкости в сосуде. Какой будет высота подъема жидкости в стеклянной трубке радиусом $3r$?

А. $3h$.

Б. $h/3$.

В. Не изменится.

Рис. 34

Решение.

1. Поверхностное натяжение вызвано тем, что молекулы в поверхностном слое жидкости испытывают притяжение со стороны молекул, находящихся внутри жидкости, которое не скомпенсировано притяжением со стороны молекул газа (или пара) над поверхностью. Результирующая сила, действующая на каждую молекулу поверхностного слоя, направлена вглубь жидкости. Это заставляет поверхность жидкости сокращаться, стремясь к минимуму площади. Таким образом, поверхностное натяжение вызвано притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

Ответ: А.

2. Коэффициент поверхностного натяжения является физической характеристикой жидкости. Он зависит от рода жидкости (т.е. от сил межмолекулярного взаимодействия), от ее температуры (как правило, уменьшается с ростом температуры) и от наличия в ней примесей, особенно поверхностно-активных веществ, которые могут значительно снижать поверхностное натяжение.

Ответ: В.

3.Дано:
Диаметр мыльного пузыря $d = 14 \text{ см}$
Коэффициент поверхностного натяжения $σ = 0,04 \text{ Н/м}$

$d = 14 \text{ см} = 0,14 \text{ м}$
Радиус пузыря $r = \frac{d}{2} = \frac{0,14 \text{ м}}{2} = 0,07 \text{ м}$

Найти:

Работу $\text{A}$.

Решение:

Работа, совершаемая при образовании поверхности жидкости, равна изменению ее поверхностной энергии: $A = σ \cdot \Delta S$, где $\Delta S$ – изменение площади поверхности. Мыльный пузырь имеет две поверхности: внутреннюю и внешнюю. Начальная площадь поверхности равна нулю. Площадь поверхности одной сферы радиусом $\text{r}$ равна $S_{сферы} = 4\pi r^2$. Так как у пузыря две поверхности, общая площадь поверхности составляет $\Delta S = 2 \cdot S_{сферы} = 2 \cdot 4\pi r^2 = 8\pi r^2$. Подставим значения в формулу для работы: $A = σ \cdot 8\pi r^2 = 0,04 \text{ Н/м} \cdot 8 \cdot \pi \cdot (0,07 \text{ м})^2$ $A = 0,32 \cdot \pi \cdot 0,0049 \text{ Дж} \approx 0,32 \cdot 3,14 \cdot 0,0049 \text{ Дж} \approx 0,0049235 \text{ Дж}$ $A \approx 4,9 \cdot 10^{-3} \text{ Дж}$.

Ответ: Б.

4. Явление смачивания характеризуется тем, что силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела (стенками капилляра) превосходят силы притяжения между молекулами самой жидкости. В результате жидкость поднимается по капилляру выше уровня в сосуде, а у стенок образуется вогнутый мениск. На рисунке 34 такое явление наблюдается в сосудах 1 и 3.

Ответ: В.

5.Дано:
Начальный радиус трубки $r_1 = r$
Начальная высота подъема жидкости $h_1 = h$
Конечный радиус трубки $r_2 = 3r$

Найти:

Конечную высоту подъема жидкости $h_2$.

Решение:

Высота подъема жидкости в капилляре определяется формулой Жюрена: $h = \frac{2σ \cos\theta}{\rho g r}$ где $\text{σ}$ – коэффициент поверхностного натяжения, $\theta$ – краевой угол смачивания, $\rho$ – плотность жидкости, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{r}$ – радиус капилляра. Для данной жидкости (вода) и материала трубки (стекло) величины $\text{σ}$, $\theta$, $\rho$ и $\text{g}$ являются постоянными. Следовательно, высота подъема жидкости обратно пропорциональна радиусу капилляра: $h \propto \frac{1}{r}$, или $h \cdot r = const$. Поэтому для двух трубок можно записать соотношение: $h_1 r_1 = h_2 r_2$ Отсюда выразим искомую высоту $h_2$: $h_2 = h_1 \frac{r_1}{r_2}$ Подставим известные значения: $h_2 = h \frac{r}{3r} = \frac{h}{3}$

Ответ: Б.