Вариант 10, страница 64 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-1. Внутренняя энергия - страница 64.

Условие.

Вариант 10

1. Со дна водоёма всплывает пузырёк воздуха. За счёт чего увеличивается его потенциальная энергия? Меняется ли при этом его внутренняя энергия?

2. Объясните, почему при холостом выстреле ствол пушки нагревается сильнее, чем при выстреле снарядами.

3. Если кусок алюминиевой проволоки быстро изгибать в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, этот участок проволоки сильно нагревается. Объясните явление.

Решение.

1. Потенциальная энергия пузырька, определяемая формулой $E_p = mgh$, увеличивается, так как при всплытии увеличивается его высота $\text{h}$ относительно дна. Увеличение потенциальной энергии происходит за счёт работы выталкивающей силы (силы Архимеда), которая действует на пузырёк со стороны воды. Эта сила совершает положительную работу, поднимая пузырёк против силы тяжести.

Внутренняя энергия пузырька воздуха при этом меняется. По мере подъёма пузырька гидростатическое давление окружающей воды уменьшается. Вследствие этого воздух в пузырьке расширяется, совершая работу против внешних сил. Согласно первому закону термодинамики, работа, совершаемая газом при расширении, происходит за счёт его внутренней энергии, что приводит к охлаждению газа. Таким образом, внутренняя энергия пузырька уменьшается. Хотя этот эффект может быть частично скомпенсирован теплообменом с окружающей водой, сам процесс адиабатического расширения ведёт к уменьшению внутренней энергии.

Ответ: Потенциальная энергия пузырька увеличивается за счёт работы выталкивающей силы. Его внутренняя энергия уменьшается, так как газ в нём расширяется и совершает работу, что приводит к его охлаждению.

2. При выстреле химическая энергия пороха преобразуется во внутреннюю энергию горячих газов. Эта энергия затем расходуется на совершение работы и передачу тепла. В случае выстрела снарядом значительная часть внутренней энергии газов превращается в механическую работу по ускорению снаряда, то есть в его кинетическую энергию. При холостом выстреле снаряда нет, поэтому работа, совершаемая газами, значительно меньше (она тратится лишь на выталкивание воздуха из ствола и на ускорение самих газов). В соответствии с законом сохранения энергии, неизрасходованная на полезную работу энергия газов в основном переходит в тепло, которое передаётся стволу пушки. Поэтому при холостом выстреле ствол нагревается сильнее.

Ответ: При холостом выстреле почти вся энергия сгоревшего пороха превращается в тепло, нагревающее ствол, так как не совершается работа по разгону снаряда. При выстреле снарядом большая часть этой энергии превращается в кинетическую энергию снаряда.

3. Быстрое и многократное изгибание проволоки является процессом совершения механической работы над ней. Эта работа приводит к пластической деформации металла. В ходе деформации изменяется внутренняя структура материала: происходит смещение слоёв в кристаллической решётке, возникают и перемещаются дефекты (дислокации), а также возникает трение между кристаллическими зёрнами. Совершаемая механическая работа переходит непосредственно во внутреннюю энергию проволоки. Увеличение внутренней энергии проявляется в виде увеличения кинетической энергии хаотического движения атомов в кристаллической решётке. Макроскопически это воспринимается как повышение температуры, то есть нагрев проволоки.

Ответ: Нагрев проволоки происходит из-за перехода механической работы, совершаемой при её многократной деформации, во внутреннюю энергию. Увеличение внутренней энергии вызывает усиление теплового движения частиц вещества, что и является причиной повышения температуры.