Страница 223 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Из приведённых слов выберите те, которые указывают на физическое тело: дом, железо, метр, термометр.

Решение

Чтобы правильно выбрать слова, обозначающие физические тела, необходимо понимать разницу между понятиями «физическое тело», «вещество» и «единица измерения».

• Физическое тело — это любой конкретный предмет, имеющий форму, объём и массу. Например: книга, камень, планета.
• Вещество — это то, из чего состоят физические тела. Например: древесина, стекло, вода, железо.
• Единица измерения — это стандартная мера, используемая для количественной оценки физической величины. Например: метр, секунда, килограмм.

Проанализируем каждое слово из предложенного списка:

дом

Дом — это конкретный объект, который имеет определённую форму, размеры и массу. Он состоит из различных веществ (кирпич, бетон, дерево). Следовательно, дом является физическим телом.

железо

Железо — это вещество, то есть вид материи. Из железа могут быть сделаны различные физические тела (например, железный гвоздь), но само по себе слово «железо» обозначает материал, а не конкретный предмет. Следовательно, это вещество, а не физическое тело.

метр

Метр — это единица измерения длины. Это стандарт для количественного описания размеров тел, а не сам предмет. Следовательно, метр не является физическим телом.

термометр

Термометр — это измерительный прибор. Он представляет собой конкретный предмет, обладающий формой, объёмом и массой. Следовательно, термометр является физическим телом.

Таким образом, из приведённого списка к физическим телам относятся «дом» и «термометр».

Ответ: дом, термометр.

2. Из приведённых слов выберите те, которые указывают на вещество: озеро, вода, стакан, стекло.

Решение

Чтобы правильно ответить на вопрос, необходимо различать понятия «вещество» и «физическое тело» (или «предмет»). Вещество — это то, из чего состоят окружающие нас предметы. Например, железо, древесина, пластик — это вещества. Физическое тело — это любой предмет, который имеет форму, объём и состоит из одного или нескольких веществ. Например, гвоздь (тело) сделан из железа (вещество), а стол (тело) — из древесины (вещество).

Теперь разберем слова, приведённые в задании:

Озеро — это географический объект, то есть физическое тело. Оно имеет определённые границы (форму) и заполнено веществом, в основном водой.

Вода — это вещество. Из этого вещества состоят озёра, реки, дождевые капли.

Стакан — это предмет, физическое тело. Он имеет конкретную форму и сделан из вещества, которым является стекло.

Стекло — это вещество. Из него можно изготовить различные физические тела: стаканы, окна, линзы.

Таким образом, слова, указывающие на вещество, — это вода и стекло.

Ответ: вода, стекло.

3. Определите пределы измерения и цену деления шкалы каждого измерительного прибора (рис. 201).

а) Термометр

1. Пределы измерения. На шкале термометра наименьшее значение, которое можно измерить, составляет -20 °C, а наибольшее — 50 °C. Таким образом, пределы измерения прибора — от -20 °C до 50 °C.

2. Цена деления. Чтобы определить цену деления, выберем два соседних штриха с числовыми отметками, например, 10 °C и 20 °C. Разность между этими значениями составляет $20 \text{ °C} - 10 \text{ °C} = 10 \text{ °C}$. Между этими штрихами находится 10 маленьких делений. Цена деления ($ЦД$) вычисляется по формуле: $ЦД = \frac{\text{Разность значений}}{\text{Количество делений}} = \frac{10 \text{ °C}}{10} = 1 \text{ °C}$.

Ответ: пределы измерения от -20 °C до 50 °C; цена деления 1 °C.

б) Динамометр

1. Пределы измерения. Шкала динамометра начинается с 0 Н и заканчивается на отметке 4 Н. Следовательно, пределы измерения прибора — от 0 Н до 4 Н.

2. Цена деления. Возьмем два соседних оцифрованных штриха, например, 1 Н и 2 Н. Разность значений равна $2 \text{ Н} - 1 \text{ Н} = 1 \text{ Н}$. Между ними находится 5 делений. Рассчитаем цену деления: $ЦД = \frac{1 \text{ Н}}{5} = 0,2 \text{ Н}$.

Ответ: пределы измерения от 0 Н до 4 Н; цена деления 0,2 Н.

в) Секундомер

1. Пределы измерения. Большая шкала секундомера, измеряющая секунды, имеет максимальное значение 60 с. Таким образом, верхний предел измерения большой шкалы составляет 60 с.

2. Цена деления. Для определения цены деления большой шкалы рассмотрим интервал между отметками 5 с и 10 с. Разность значений составляет $10 \text{ с} - 5 \text{ с} = 5 \text{ с}$. В этом интервале находится 5 делений. Рассчитаем цену деления: $ЦД = \frac{5 \text{ с}}{5} = 1 \text{ с}$.

Ответ: предел измерения (большой шкалы) 60 с; цена деления 1 с.

4. Измерьте длину, ширину и толщину вашего учебника физики. Какова абсолютная погрешность измерений этих физических величин?

Данная задача является практической и требует реальных измерений. Поскольку у меня нет возможности измерить физический учебник, я приведу развернутый пример решения с использованием гипотетических, но реалистичных данных.

Для измерения будем использовать стандартную ученическую линейку, у которой наименьшее деление (цена деления) составляет 1 миллиметр (мм).

Дано:

Предположим, в результате измерений мы получили следующие значения:

• Измеренная длина учебника, $l_{изм} = 26,5 \text{ см}$

• Измеренная ширина учебника, $w_{изм} = 20,2 \text{ см}$

• Измеренная толщина учебника, $h_{изм} = 1,8 \text{ см}$

• Цена деления измерительного прибора (линейки), $C = 1 \text{ мм}$

Переведем данные в систему СИ (метры):

$l_{изм} = 26,5 \text{ см} = 0,265 \text{ м}$

$w_{изм} = 20,2 \text{ см} = 0,202 \text{ м}$

$h_{изм} = 1,8 \text{ см} = 0,018 \text{ м}$

$C = 1 \text{ мм} = 0,001 \text{ м}$

Найти:

Абсолютную погрешность измерений длины ($Δl$), ширины ($Δw$) и толщины ($Δh$).

Решение:

Абсолютная погрешность прямого измерения физической величины с помощью прибора (в нашем случае, линейки) равна половине цены деления этого прибора. Это называется инструментальной погрешностью.

Формула для расчета абсолютной погрешности:

$\Delta = \frac{C}{2}$

где $C$ – цена деления измерительного прибора.

Подставим значение цены деления нашей линейки:

$\Delta = \frac{1 \text{ мм}}{2} = 0,5 \text{ мм}$

Так как все три измерения (длина, ширина, толщина) проводились одним и тем же прибором, абсолютная погрешность для всех трех величин будет одинаковой:

$Δl = Δw = Δh = 0,5 \text{ мм}$

Переведем значение погрешности в сантиметры и метры для удобства записи результатов:

$0,5 \text{ мм} = 0,05 \text{ см} = 0,0005 \text{ м}$

Теперь мы можем записать результаты измерений с учетом погрешности. Результат измерения $A$ записывается в виде $A = A_{изм} \pm \Delta A$.

• Длина учебника:

  $l = (26,5 \pm 0,05) \text{ см}$ или $l = (0,265 \pm 0,0005) \text{ м}$

• Ширина учебника:

  $w = (20,2 \pm 0,05) \text{ см}$ или $w = (0,202 \pm 0,0005) \text{ м}$

• Толщина учебника:

  $h = (1,8 \pm 0,05) \text{ см}$ или $h = (0,0180 \pm 0,0005) \text{ м}$

  Обратите внимание, что количество знаков после запятой у измеренной величины и у погрешности должно быть одинаковым, поэтому $1,8$ см записывается как $1,80$ см при погрешности $0,05$ см. В итоге: $h = (1,80 \pm 0,05) \text{ см}$.

Ответ: Абсолютная погрешность измерений длины, ширины и толщины учебника, измеренных линейкой с ценой деления 1 мм, составляет $0,5 \text{ мм}$ (или $0,05 \text{ см}$).

5. Опишите модель Солнечной системы.

Современная научная модель Солнечной системы является гелиоцентрической. Это означает, что центральным объектом системы является звезда — Солнце, а все остальные объекты, включая планеты, карликовые планеты, астероиды и кометы, обращаются вокруг него под действием его гравитационного притяжения.

Основные компоненты модели Солнечной системы:

1. Солнце

Солнце — это звезда, жёлтый карлик спектрального класса G2V, находящийся в центре нашей системы. Его масса составляет примерно 99,86% от общей массы всей Солнечной системы. Эта огромная масса создаёт мощное гравитационное поле, которое удерживает все остальные объекты на своих орбитах. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий, что приводит к выделению колоссального количества энергии в виде света и тепла, делая возможной жизнь на Земле.

2. Планеты

Вокруг Солнца обращаются 8 планет. Их орбиты представляют собой эллипсы, близкие к круговым, и лежат примерно в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. Планеты делятся на две основные группы:

• Планеты земной группы (внутренние планеты): Это четыре планеты, ближайшие к Солнцу. Они характеризуются высокой плотностью, твёрдой поверхностью и относительно небольшими размерами.
  • Меркурий: самая маленькая и ближайшая к Солнцу планета.
  • Венера: вторая планета, схожая по размерам с Землёй, с плотной токсичной атмосферой.
  • Земля: третья планета, единственная известная планета с жидкой водой на поверхности и жизнью.
  • Марс: четвёртая планета, известная как «Красная планета» из-за оксида железа на её поверхности.
• Планеты-гиганты (внешние планеты): Это четыре дальние от Солнца планеты. Они значительно крупнее планет земной группы, состоят в основном из газов (водород, гелий) и льдов (вода, аммиак, метан) и не имеют твёрдой поверхности. Все они обладают системами колец и большим количеством спутников.
  • Юпитер: пятая и самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант.
  • Сатурн: шестая планета, газовый гигант, знаменитый своей обширной и яркой системой колец.
  • Уран: седьмая планета, ледяной гигант, уникален своим вращением «на боку».
  • Нептун: восьмая и самая далёкая от Солнца планета, ледяной гигант с очень сильными ветрами.

3. Малые тела Солнечной системы

Помимо планет, в Солнечной системе существует огромное количество других объектов:

• Карликовые планеты: Это небесные тела, которые обращаются вокруг Солнца, имеют достаточную массу для поддержания почти сферической формы, но, в отличие от планет, не смогли расчистить окрестности своей орбиты от других объектов. К ним относятся Плутон, Эрида, Церера, Макемаке и Хаумеа.
• Пояс астероидов: Область между орбитами Марса и Юпитера, в которой сосредоточено большое количество астероидов — каменистых и металлических тел различных размеров. Крупнейшим объектом здесь является карликовая планета Церера.
• Пояс Койпера: Область за орбитой Нептуна, состоящая из ледяных тел. Он считается источником короткопериодических комет. Здесь же находятся многие карликовые планеты, включая Плутон.
• Облако Оорта: Гипотетическая сферическая область на самых дальних границах Солнечной системы, населённая ледяными объектами (планетезималями). Считается, что именно отсюда прилетают долгопериодические кометы.
• Кометы и метеороиды: Кометы — это ледяные тела, которые при приближении к Солнцу образуют кому (облако газа и пыли) и хвост. Метеороиды — это более мелкие фрагменты астероидов или комет.

Таким образом, модель Солнечной системы — это сложная, динамичная структура, управляемая гравитацией центральной звезды, с чётко определённым составом и иерархией объектов.

Ответ: Современная модель Солнечной системы — это гелиоцентрическая система, в центре которой находится звезда Солнце, концентрирующая почти всю массу системы. Вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, лежащим примерно в одной плоскости, обращаются восемь планет (4 планеты земной группы и 4 планеты-гиганта), их спутники, а также множество малых тел, включая карликовые планеты, астероиды (сосредоточенные в основном в Поясе астероидов), и ледяные объекты, формирующие Пояс Койпера и гипотетическое Облако Оорта.

6. Вспомните из курса географии, моделью чего является глобус. Опишите эту модель.

Глобус — это уменьшенная трехмерная (объемная) модель планеты Земля. В отличие от плоских карт, глобус является наиболее точной моделью, так как он передает шарообразную форму нашей планеты и, следовательно, не имеет искажений в площадях, формах объектов, расстояниях и направлениях. Существуют также глобусы других небесных тел, например, Луны и Марса, и глобусы звездного неба.

Описание модели глобуса включает следующие ключевые характеристики:

1. Масштаб и форма. Глобус имеет шарообразную форму, повторяющую форму Земли (геоида). Все изображения на нем выполнены в строгом масштабе, который показывает, во сколько раз модель меньше реального объекта. Это позволяет сохранять правильные пропорции и соотношения размеров материков, океанов и других объектов.

2. Наклон оси. Глобус закреплен на подставке с осью, которая имеет наклон примерно $23.5^\circ$ относительно вертикальной линии. Этот наклон соответствует реальному наклону оси вращения Земли к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Такая конструкция наглядно демонстрирует причину смены времен года, а также различия в продолжительности дня и ночи на разных широтах.

3. Градусная сетка. На поверхность глобуса нанесена сетка из воображаемых линий: параллелей (горизонтальных линий, идущих параллельно экватору) и меридианов (вертикальных линий, соединяющих Северный и Южный полюсы). Эта сетка позволяет определять географические координаты (широту и долготу) любой точки на земной поверхности.

4. Содержание. В зависимости от отображаемой информации глобусы бывают разными. Физический глобус показывает природные объекты: рельеф суши (горы, равнины) и дна океанов, реки, озера. Политический глобус отображает границы государств, их столицы и крупные города.

Ответ: Глобус — это трехмерная, масштабированная модель планеты Земля, которая точно передает ее шарообразную форму, сохраняет правильные соотношения площадей и расстояний, имеет наклон оси (около $23.5^\circ$) для демонстрации смены сезонов и покрыта градусной сеткой для определения географических координат.

7. Какие физические модели вы знаете?

Физическая модель — это упрощенное, идеализированное представление реального физического объекта или явления, которое отражает его наиболее существенные свойства в рамках решаемой задачи. Использование моделей позволяет отвлечься от несущественных деталей и сосредоточиться на главных закономерностях, упрощая анализ и расчеты. Существует множество физических моделей, вот некоторые из них:

Материальная точка

Это тело, обладающее массой, но его размерами, формой и вращением можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи. Модель применяется в механике, когда размеры тела несущественны по сравнению с характерными расстояниями в задаче. Например, планеты при движении вокруг Солнца можно рассматривать как материальные точки.

Абсолютно твердое тело

Это тело, которое не деформируется под действием внешних сил, то есть расстояние между любыми двумя его точками всегда остается постоянным. Эта модель используется для описания движения объектов, когда их деформация пренебрежимо мала, и важно учитывать их размеры и вращение.

Идеальный газ

Это модель газа, в которой предполагается, что его частицы (атомы или молекулы) являются материальными точками, которые не взаимодействуют друг с другом на расстоянии (потенциальная энергия взаимодействия равна нулю) и испытывают только абсолютно упругие столкновения. Модель хорошо описывает поведение реальных газов при низких давлениях и высоких температурах. Состояние идеального газа описывается уравнением состояния (уравнением Менделеева–Клапейрона): $PV = \nu RT$.

Точечный электрический заряд

Это заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других зарядов или до точек, в которых рассматривается создаваемое им поле. Эта модель является фундаментальной для электростатики, например, при формулировке закона Кулона.

Идеальная жидкость

Это модель жидкости, которая считается абсолютно несжимаемой (ее плотность постоянна) и лишенной вязкости (внутреннего трения). Такая модель позволяет значительно упростить уравнения гидродинамики, например, при выводе уравнения Бернулли.

Математический маятник

Это осциллятор, представляющий собой материальную точку, подвешенную на невесомой и нерастяжимой нити в однородном поле тяжести. Модель используется для анализа колебательных движений. Для малых углов отклонения период колебаний математического маятника рассчитывается по формуле $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$, где $l$ — длина нити, а $g$ — ускорение свободного падения.

Луч света

Это линия, вдоль которой распространяется световая энергия. Данная модель является основной в геометрической оптике, которая применима в тех случаях, когда можно пренебречь волновыми свойствами света, такими как дифракция и интерференция.

Абсолютно черное тело

Это идеализированный объект, который поглощает все падающее на него электромагнитное излучение любой частоты и под любым углом. Оно также является идеальным излучателем тепловой энергии. Эта модель сыграла ключевую роль в становлении квантовой механики и используется для описания теплового излучения.

Ответ:

Известные физические модели включают: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, точечный электрический заряд, идеальная жидкость, математический маятник, луч света, абсолютно черное тело и другие.

8. Чтобы определить диаметр проволоки, ученик намотал вплотную на карандаш 30 витков, которые заняли часть карандаша длиной 3 см. Чему равен диаметр проволоки?

Дано:

Количество витков $N = 30$

Длина намотки $L = 3$ см

$L = 3 \text{ см} = 0.03 \text{ м}$

Найти:

Диаметр проволоки $d$

Решение:

Ученик намотал проволоку на карандаш вплотную, это означает, что витки прилегают друг к другу без зазоров. Следовательно, общая длина части карандаша, занятой проволокой, равна сумме диаметров всех витков. Так как диаметр проволоки постоянен, общую длину $L$ можно найти, умножив количество витков $N$ на диаметр проволоки $d$.

Запишем это в виде формулы:

$L = N \cdot d$

Из этой формулы выразим диаметр проволоки $d$:

$d = \frac{L}{N}$

Теперь подставим числовые значения в полученную формулу, используя данные в системе СИ:

$d = \frac{0.03 \text{ м}}{30} = 0.001 \text{ м}$

Полученное значение можно для удобства перевести в миллиметры. В одном метре содержится 1000 миллиметров.

$d = 0.001 \text{ м} \cdot 1000 = 1 \text{ мм}$

Ответ: диаметр проволоки равен $1$ мм (или $0.001$ м).

9. Газы легко сжимаются. Можно ли газ сжать до сколь угодно малого объёма?

Решение

Нет, газ невозможно сжать до сколь угодно малого, то есть стремящегося к нулю, объёма. Хотя газы легко сжимаются по сравнению с жидкостями и твёрдыми телами, их сжимаемость имеет физические пределы. Это обусловлено несколькими причинами:

1. Собственный объём молекул. В отличие от упрощённой модели идеального газа, где молекулы рассматриваются как материальные точки без объёма, молекулы любого реального газа имеют конечные размеры. Когда мы сжимаем газ, мы уменьшаем пустое пространство между молекулами. Этот процесс не может продолжаться бесконечно, так как объём газа не может стать меньше, чем суммарный объём всех составляющих его молекул. Этот факт учитывается в уравнениях состояния реального газа, например, в уравнении Ван-дер-Ваальса:

$(P + \frac{a \nu^2}{V^2})(V - \nu b) = \nu R T$

где слагаемое $\nu b$ представляет собой поправку на собственный объём молекул. Из формулы видно, что объём газа $V$ не может быть меньше этой величины.

2. Межмолекулярные силы отталкивания. На очень малых расстояниях, сопоставимых с размерами самих молекул, между ними начинают действовать мощные силы отталкивания. Эти силы препятствуют дальнейшему сближению частиц и, следовательно, дальнейшему уменьшению объёма. Для преодоления этих сил требуются чрезвычайно высокие, на практике недостижимые, давления.

3. Фазовые переходы. При достаточном увеличении давления (особенно при одновременном охлаждении) газ переходит в другое агрегатное состояние — сначала в жидкость (конденсация), а затем может затвердеть. Жидкости и твёрдые тела обладают очень низкой сжимаемостью, так как их частицы уже находятся в плотной упаковке.

Таким образом, идея о сжатии газа до сколь угодно малого объёма является теоретическим допущением модели идеального газа и невыполнима для реальных газов.

Газ нельзя сжать до сколь угодно малого объёма. Пределом сжатия выступают, во-первых, собственный конечный объём составляющих его молекул, и, во-вторых, мощные силы отталкивания, которые возникают между молекулами на очень близких расстояниях. Кроме того, при сильном сжатии газ переходит в жидкое или твёрдое состояние, которые практически не сжимаемы.

10. Одинаковы ли молекулы воды в горячем чае и газированной воде? Что можно сказать о расстояниях между молекулами в этих напитках?

Одинаковы ли молекулы воды в горячем чае и газированной воде?

Молекула воды имеет химическую формулу $H_2O$. Это означает, что она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Структура самой молекулы воды не зависит от температуры или от того, какие вещества в ней растворены. И в горячем чае, и в газированной воде растворителем является вода, состоящая из абсолютно одинаковых молекул $H_2O$. Напитки различаются лишь примесями (в чае — экстрактивные вещества из чайных листьев, в газированной воде — углекислый газ) и температурой, но не строением молекул воды.

Ответ: Да, молекулы воды в горячем чае и газированной воде одинаковы.

Что можно сказать о расстояниях между молекулами в этих напитках?

Среднее расстояние между молекулами в жидкости зависит в первую очередь от температуры.

В горячем чае высокая температура, поэтому молекулы обладают большой кинетической энергией. Они движутся быстро и хаотично, что приводит к увеличению среднего расстояния между ними (явление теплового расширения).

Газированная вода обычно имеет более низкую температуру (комнатную или охлажденную). При низкой температуре молекулы движутся медленнее, и силы межмолекулярного притяжения удерживают их на более близком расстоянии друг от друга.

Следовательно, можно утверждать, что в горячем чае среднее расстояние между молекулами больше, чем в более холодной газированной воде.

Ответ: Среднее расстояние между молекулами в горячем чае больше, чем в газированной воде.