Номер 3, страница 89 - гдз по физике 7 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 20. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Сила Архимеда. Вариант 2 - номер 3, страница 89.

Условие.

3. Давление газа в закрытом сосуде становится тем меньше, чем

А) выше температура газа и чем чаще молекулы ударяются о стенки сосуда

Б) выше температура газа и чем реже молекулы ударяются о стенки сосуда

В) ниже температура газа и чем чаще молекулы ударяются о стенки сосуда

Г) ниже температура газа и чем реже молекулы ударяются о стенки сосуда

Решение.

Давление газа в закрытом сосуде создается ударами его молекул о стенки сосуда. Согласно основному уравнению молекулярно-кинетической теории, давление $\text{P}$ газа прямо пропорционально концентрации молекул $\text{n}$ и их средней кинетической энергии $\overline{E_k}$:

$P = \frac{2}{3} n \overline{E_k}$

Средняя кинетическая энергия молекул, в свою очередь, прямо пропорциональна абсолютной температуре газа $\text{T}$:

$\overline{E_k} = \frac{3}{2} k T$

где $\text{k}$ – постоянная Больцмана. Объединив эти формулы, получаем зависимость давления от температуры:

$P = n k T$

Из этой формулы видно, что для уменьшения давления $\text{P}$ необходимо понизить температуру $\text{T}$ газа.

Кроме того, давление зависит от частоты и силы ударов молекул о стенки. Понижение температуры означает, что молекулы движутся медленнее. Это приводит к двум последствиям:

1. Сила каждого отдельного удара молекулы о стенку уменьшается, так как молекула обладает меньшим импульсом.

2. Частота ударов молекул о стенки также уменьшается, поскольку более медленным молекулам требуется больше времени, чтобы долететь до стенки.

Оба этих фактора приводят к снижению общего давления. Таким образом, давление газа становится меньше при понижении температуры и уменьшении частоты столкновений молекул со стенками. Проанализируем предложенные варианты:

А) выше температура газа и чем чаще молекулы ударяются о стенки сосуда
Повышение температуры и увеличение частоты ударов приводят к увеличению давления. Этот вариант неверен.

Б) выше температура газа и чем реже молекулы ударяются о стенки сосуда
Повышение температуры ведет к увеличению давления, а не к уменьшению. Кроме того, это утверждение внутренне противоречиво, так как при повышении температуры молекулы движутся быстрее и сталкиваются со стенками чаще (при прочих равных условиях).

В) ниже температура газа и чем чаще молекулы ударяются о стенки сосуда
Понижение температуры действительно уменьшает давление, но увеличение частоты ударов его повышает. Это утверждение также противоречиво: при понижении температуры молекулы движутся медленнее, поэтому ударяются о стенки реже, а не чаще.

Г) ниже температура газа и чем реже молекулы ударяются о стенки сосуда
Оба условия ведут к уменьшению давления. Понижение температуры уменьшает скорость молекул, что делает их удары о стенки одновременно и более слабыми, и более редкими. Этот вариант полностью согласуется с законами физики.

Ответ: Г