Заголовок: ВПР 2019 год по физике 11 класс. Вариант 19.
Комментарий:
Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
РЕШУ ВПР — физика–11
Вариант № 140631

ВПР 2019 год по физике 11 класс. Вариант 19.

1.  
i

Про­чи­тай­те пе­ре­чень по­ня­тий, с ко­то­ры­ми Вы встре­ча­лись в курсе фи­зи­ки:

элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция, иде­аль­ный газ, гра­ви­та­ци­он­ное вза­и­мо­дей­ствие,

то­чеч­ный элек­три­че­ский заряд, иде­аль­ный блок, ис­па­ре­ние жид­ко­сти.

Раз­де­ли­те эти по­ня­тия на две груп­пы по вы­бран­но­му Вами при­зна­ку. За­пи­ши­те в таб­ли­цу на­зва­ние каж­дой груп­пы и по­ня­тия, вхо­дя­щие в эту груп­пу.



На­зва­ние груп­пы по­ня­тийПе­ре­чень по­ня­тий
  
  
2.  
i

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния о фи­зи­че­ских яв­ле­ни­ях, ве­ли­чи­нах и за­ко­но­мер­но­стях. За­пи­ши­те в от­ве­те их но­ме­ра.

 

1)  Сила Ар­хи­ме­да уве­ли­чи­ва­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем плот­но­сти тела, по­гружённого в жид­кость.

2)  Им­пульс тела  — век­тор­ная ве­ли­чи­на, рав­ная про­из­ве­де­нию массы тела на его уско­ре­ние.

3)  В про­цес­се плав­ле­ния кри­стал­ли­че­ских тел их тем­пе­ра­ту­ра остаётся не­из­мен­ной.

4)  Раз­но­имённые по­лю­са по­сто­ян­ных маг­ни­тов от­тал­ки­ва­ют­ся друг от друга.

5)  Силой Ло­рен­ца на­зы­ва­ют силу, с ко­то­рой маг­нит­ное поле дей­ству­ет на дви­жу­щи­е­ся за­ря­жен­ные ча­сти­цы.

3.  
i

По­ста­вим на го­ри­зон­таль­ную по­верх­ность те­леж­ку и по­ло­жим на неё тяжёлый ме­тал­ли­че­ский шар (см. рис.). Если толк­нуть те­леж­ку в одну сто­ро­ну, то шар по­ка­тит­ся по те­леж­ке в про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну, прак­ти­че­ски со­хра­няя своё по­ло­же­ние от­но­си­тель­но стола. Какое яв­ле­ние объ­яс­ня­ет на­блю­да­е­мое дви­же­ние шара?

4.  
i

Про­чи­тай­те текст и вставь­те на места про­пус­ков слова (сло­во­со­че­та­ния) из при­ведённого спис­ка.

 

В 1896 г. А. С. По­по­вым была пе­ре­да­на пер­вая те­ле­грам­ма с по­мо­щью бес­про­во­лоч­но­го те­ле­гра­фа, ис­поль­зу­ю­ще­го ________________________________. В де­каб­ре 1901 г. Мар­ко­ни пе­ре­дал сиг­нал через Ат­лан­ти­че­ский океан. По сути, он по­ста­вил в по­вест­ку дня за­да­чу ис­сле­до­вать рас­про­стра­не­ние ра­дио­волн во­круг Земли. В пер­вых «транс­ат­лан­ти­че­ских» опы­тах он нашёл, что можно пе­ре­да­вать со­об­ще­ния на зна­чи­тель­ные рас­сто­я­ния не толь­ко с по­мо­щью длин­ных ра­дио­волн (около 8 км), ко­то­рые вслед­ствие ________________________________ оги­ба­ют Землю, но и с по­мо­щью волн с дли­ной волны около 300 м, ко­то­рые, как мы се­год­ня знаем, спо­соб­ны от­ра­жать­ся от ________________________________ Земли. По­это­му ра­дио­сиг­нал в этом диа­па­зо­не длин волн лучше при­ни­ма­ет­ся ночью.

 

Спи­сок слов (сло­во­со­че­та­ний)

1)  элек­тро­маг­нит­ные волны

2)  зву­ко­вые волны

3)  яв­ле­ния ди­фрак­ции

4)  яв­ле­ния ин­тер­фе­рен­ции

5)  ионо­сфе­ры

6)  тро­по­сфе­ры

5.  
i

В стек­лян­ный чай­ник на­ли­ли хо­лод­ную воду до по­ло­ви­ны его объёма и по­ста­ви­ли на огонь. Вода за­ки­пе­ла. Как в про­цес­се ки­пе­ния воды из­ме­ня­ют­ся дав­ле­ние во­дя­ных паров над по­верх­но­стью воды, тем­пе­ра­ту­ра воды и сред­няя ки­не­ти­че­ская энер­гия теп­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул воды в чай­ни­ке?

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те ха­рак­тер её из­ме­не­ния:

 

1)  уве­ли­чи­ва­ет­ся;

2)  умень­ша­ет­ся;

3)  не из­ме­ня­ет­ся.

 

Дав­ле­ние паров водыТем­пе­ра­ту­ра водыСред­няя ки­не­ти­че­ская энер­гия

теп­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул воды

 
6.  
i

На шёлко­вых нитях висят два ма­лень­ких от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных ша­ри­ка (рис. 1). Снизу к ним под­нес­ли не­боль­шой по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ный шар на изо­ли­ру­ю­щей ручке (рис. 2). При этом по­ло­же­ния ша­ри­ков не­мно­го из­ме­ни­лись. Изоб­ра­зи­те при­мер­ные по­ло­же­ния ша­ри­ков при вза­и­мо­дей­ствии с по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ным шаром.

7.  
i

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема пла­не­тар­ной мо­де­ли не­ко­то­ро­го атома. Чёрными точ­ка­ми обо­зна­че­ны элек­тро­ны. Ис­поль­зуя фраг­мент Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы хи­ми­че­ских эле­мен­тов Д. И. Мен­де­ле­е­ва, опре­де­ли­те, какой эле­мент со­от­вет­ству­ет дан­ной схеме. За­пи­ши­те сло­вом его на­зва­ние.

8.  
i

В ка­туш­ку, за­мкну­тую на галь­ва­но­метр, вно­сят по­сто­ян­ный по­ло­со­вой маг­нит южным по­лю­сом вниз (рис. 1). При дви­же­нии маг­ни­та в ка­туш­ке на­блю­да­ют воз­ник­но­ве­ние ин­дук­ци­он­но­го тока, ко­то­рый фик­си­ру­ет­ся галь­ва­но­мет­ром. Гра­фик за­ви­си­мо­сти ин­дук­ци­он­но­го тока в ка­туш­ке от вре­ме­ни пред­став­лен на рис. 2.

Рис. 1

Рис. 2

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния, со­от­вет­ству­ю­щих дан­ным гра­фи­ка. За­пи­ши­те в от­ве­те их но­ме­ра.

 

1)  В про­ме­жут­ке вре­ме­ни от t1 до t2 в ка­туш­ке на­блю­да­ет­ся яв­ле­ние элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции.

2)  В про­ме­жут­ке вре­ме­ни от t1 до t2 маг­нит дви­жет­ся от­но­си­тель­но ка­туш­ки рав­но­мер­но, а в про­ме­жут­ке от t2 до t3  — рав­но­уско­рен­но.

3)  В про­ме­жут­ке вре­ме­ни от t2 до t3 галь­ва­но­метр при­дви­га­ют к ка­туш­ке.

4)  В про­ме­жут­ке вре­ме­ни от t2 до t3 маг­нит дви­жет­ся от­но­си­тель­но ка­туш­ки с мень­шей ско­ро­стью, чем в про­ме­жут­ке от 0 до t1.

5)  В про­ме­жут­ке вре­ме­ни от t2 до t3 маг­нит­ный поток через ка­туш­ку ме­ня­ет­ся рав­но­мер­но.

9.  
i

Мячик упал по вер­ти­ка­ли с от­вес­ной скалы, от­ско­чил от земли и под­нял­ся вер­ти­каль­но вверх. На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти мяча от вре­ме­ни в те­че­ние пер­вых 9 с от на­ча­ла дви­же­ния.

Чему равна вы­со­та скалы? За­пи­ши­те ре­ше­ние и ответ. Со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха пре­не­бречь.

10.  
i

Ис­сле­дуя за­ви­си­мость удли­не­ния ре­зи­но­во­го жгута от при­ло­жен­ной силы уча­щий­ся провёл пять из­ме­ре­ний. Ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний пред­став­ле­ны в таб­ли­це. По­греш­ность из­ме­ре­ния силы пре­не­бре­жи­мо мала. По­греш­ность из­ме­ре­ния удли­не­ния равна 0,2 см.

 

№ опытаСила, НУдли­не­ние, см
122,0 ± 0,2
244,2 ± 0,2
366,0 ± 0,2
489,2 ± 0,2
51010,0 ± 0,2

 

В каком из опы­тов уча­щий­ся не­вер­но за­пи­сал из­ме­рен­ное зна­че­ние удли­не­ния? В от­ве­те за­пи­ши­те номер этого опыта.

11.  
i

Учи­тель на уроке про­де­лал сле­ду­ю­щий опыт. Он налил в ста­кан го­ря­чую воду и опу­стил в неё тер­мо­метр, далее он из­ме­рял тем­пе­ра­ту­ру каж­дую ми­ну­ту и по­лу­чил сле­ду­ю­щий гра­фик:

Тем­пе­ра­ту­ра в класс­ной ком­на­те рав­ня­лась 20 °C. Учи­тель об­ра­тил вни­ма­ние уча­щих­ся на из­ме­не­ние раз­ни­цы между тем­пе­ра­ту­рой воды и тем­пе­ра­ту­рой окру­жа­ю­щей среды с те­че­ни­ем вре­ме­ни.

Какой вывод можно сде­лать по ре­зуль­та­там рас­смот­рен­но­го опыта?

12.  
i

Вам не­об­хо­ди­мо ис­сле­до­вать, как ме­ня­ет­ся пе­ри­од ко­ле­ба­ний пру­жин­но­го ма­ят­ни­ка при из­ме­не­нии жёстко­сти пру­жи­ны. Име­ет­ся сле­ду­ю­щее обо­ру­до­ва­ние (см. рис.):

 

— се­кун­до­мер элек­трон­ный;

— набор из трёх пру­жин жёстко­стью 40 Н/м, 60 Н/м и 100 Н/м;

— набор из трёх гру­зов по 100 г каж­дый;

— шта­тив с муф­той и лап­кой.

 

В от­ве­те:

1.  Опи­ши­те экс­пе­ри­мен­таль­ную уста­нов­ку.

2.  Опи­ши­те по­ря­док дей­ствий при про­ве­де­нии ис­сле­до­ва­ния.

13.  
i

Уста­но­ви­те со­от­вет­ствие между устрой­ства­ми и фи­зи­че­ски­ми яв­ле­ни­я­ми, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в этих устрой­ствах. Для каж­до­го устрой­ства из пер­во­го столб­ца под­бе­ри­те со­от­вет­ству­ю­щее фи­зи­че­ское яв­ле­ние из вто­ро­го столб­ца.

УСТРОЙ­СТВА

А)  гид­рав­ли­че­ский пресс

Б)  ба­ро­метр

ФИ­ЗИ­ЧЕ­СКИЕ ЯВ­ЛЕ­НИЯ

1)  пе­ре­да­ча дав­ле­ния в жид­ко­стях и газах

2)  дей­ствие вы­тал­ки­ва­ю­щей силы в жид­ко­сти или газе

3)  дей­ствие ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния

4)  дей­ствие все­мир­но­го тя­го­те­ния

За­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры под со­от­вет­ству­ю­щи­ми бук­ва­ми.

AБ
  
14.  
i

Га­зо­вый про­точ­ный во­до­на­гре­ва­тель

Га­зо­вый про­точ­ный во­до­на­гре­ва­тель (или га­зо­вая ко­лон­ка) пред­на­зна­чен для на­гре­ва про­точ­ной воды. Внут­ри него рас­по­ла­га­ет­ся теп­ло­об­мен­ник из меди (ма­те­ри­ал с вы­со­кой теп­ло­про­вод­но­стью), через ко­то­рый про­хо­дит вода, а под теп­ло­об­мен­ни­ком на­хо­дит­ся га­зо­вая го­рел­ка. Про­дук­ты сго­ра­ния вы­во­дят­ся через ды­мо­гар­ную трубу. В со­вре­мен­ном при­бо­ре роз­жи­гом газа управ­ля­ет элек­трон­ный блок, кон­тро­ли­ру­ю­щий ра­бо­ту и дру­гих дат­чи­ков (дат­чик го­ре­ния газа, дат­чик тяги воз­ду­ха и два дат­чи­ка дав­ле­ния воды). Для ко­ло­нок любой кон­струк­ции тре­бо­ва­ния по обес­пе­че­нию хо­ро­шей тяги и ми­ни­маль­но­го на­по­ра воды (из­бы­точ­но­го дав­ле­ния) 0,15 бар (или 0,15 атм.) оди­на­ко­вы. Мощ­ность ко­лон­ки опре­де­ля­ет­ся ско­ро­стью по­да­чи газа, что задаётся вруч­ную или ре­гу­ли­ру­ет­ся ав­то­ма­ти­че­ски при из­ме­не­нии на­по­ра воды в кране. На­при­мер, при мощ­но­сти 24 кВт 14 л воды за ми­ну­ту на­гре­ва­ет­ся от 10 ºС до 25 ºС.

Пра­ви­ла экс­плу­а­та­ции

1.  По­ме­ще­ние, в ко­то­ром стоит ко­лон­ка, долж­но хо­ро­шо про­вет­ри­вать­ся. За­пре­ща­ет­ся пе­ре­кры­вать от­вер­стие, пред­на­зна­чен­ное для при­то­ка воз­ду­ха в по­ме­ще­ние.

2.  Перед роз­жи­гом (вклю­че­ни­ем) ко­лон­ки не­об­хо­ди­мо про­ве­рить тягу в ды­мо­хо­де.

3.  Нель­зя раз­ме­щать вб­ли­зи ко­лон­ки лег­ко­воз­го­ра­е­мые пред­ме­ты.

Про­чи­тай­те фраг­мент тех­ни­че­ско­го опи­са­ния га­зо­во­го про­точ­но­го во­до­на­гре­ва­те­ля и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

 

По­че­му га­зо­вую ко­лон­ку нель­зя ис­поль­зо­вать для ра­бо­ты с во­до­про­во­дом с низ­ким на­по­ром воды?

15.  
i

Га­зо­вый про­точ­ный во­до­на­гре­ва­тель

Га­зо­вый про­точ­ный во­до­на­гре­ва­тель (или га­зо­вая ко­лон­ка) пред­на­зна­чен для на­гре­ва про­точ­ной воды. Внут­ри него рас­по­ла­га­ет­ся теп­ло­об­мен­ник из меди (ма­те­ри­ал с вы­со­кой теп­ло­про­вод­но­стью), через ко­то­рый про­хо­дит вода, а под теп­ло­об­мен­ни­ком на­хо­дит­ся га­зо­вая го­рел­ка. Про­дук­ты сго­ра­ния вы­во­дят­ся через ды­мо­гар­ную трубу. В со­вре­мен­ном при­бо­ре роз­жи­гом газа управ­ля­ет элек­трон­ный блок, кон­тро­ли­ру­ю­щий ра­бо­ту и дру­гих дат­чи­ков (дат­чик го­ре­ния газа, дат­чик тяги воз­ду­ха и два дат­чи­ка дав­ле­ния воды). Для ко­ло­нок любой кон­струк­ции тре­бо­ва­ния по обес­пе­че­нию хо­ро­шей тяги и ми­ни­маль­но­го на­по­ра воды (из­бы­точ­но­го дав­ле­ния) 0,15 бар (или 0,15 атм.) оди­на­ко­вы. Мощ­ность ко­лон­ки опре­де­ля­ет­ся ско­ро­стью по­да­чи газа, что задаётся вруч­ную или ре­гу­ли­ру­ет­ся ав­то­ма­ти­че­ски при из­ме­не­нии на­по­ра воды в кране. На­при­мер, при мощ­но­сти 24 кВт 14 л воды за ми­ну­ту на­гре­ва­ет­ся от 10 ºС до 25 ºС.

Пра­ви­ла экс­плу­а­та­ции

1.  По­ме­ще­ние, в ко­то­ром стоит ко­лон­ка, долж­но хо­ро­шо про­вет­ри­вать­ся. За­пре­ща­ет­ся пе­ре­кры­вать от­вер­стие, пред­на­зна­чен­ное для при­то­ка воз­ду­ха в по­ме­ще­ние.

2.  Перед роз­жи­гом (вклю­че­ни­ем) ко­лон­ки не­об­хо­ди­мо про­ве­рить тягу в ды­мо­хо­де.

3.  Нель­зя раз­ме­щать вб­ли­зи ко­лон­ки лег­ко­воз­го­ра­е­мые пред­ме­ты.

Про­чи­тай­те фраг­мент тех­ни­че­ско­го опи­са­ния га­зо­во­го про­точ­но­го во­до­на­гре­ва­те­ля и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

 

По­че­му перед роз­жи­гом (вклю­че­ни­ем) ко­лон­ки не­об­хо­ди­мо про­ве­рить тягу в ды­мо­хо­де?

16.  
i

Как ис­сле­до­ва­ли теп­ло­про­вод­ность ма­те­ри­а­лов

То, что раз­лич­ные тела об­ла­да­ют раз­ной спо­соб­но­стью про­во­дить тепло, т. е. раз­ной теп­ло­про­вод­но­стью, было из­вест­но давно, од­на­ко ин­стру­мен­таль­ные ис­сле­до­ва­ния на­ча­лись лишь в конце XVIII в. Идея од­но­го из опы­тов при­над­ле­жа­ла Б. Фран­кли­ну. Он пред­ла­гал по­кры­вать по­ло­су ме­тал­ла вос­ком, а затем по­гру­жать один конец в го­ря­чее масло. Счи­та­лось, что боль­шей теп­ло­про­вод­но­стью об­ла­дал тот ме­талл, у ко­то­ро­го воск за одно и то же время пла­вил­ся на боль­шей длине. Ж.-Б. Фурье пред­ло­жил иной спо­соб, по­ка­зан­ный на ри­сун­ке: в стерж­не AB, один конец ко­то­ро­го на­гре­вал­ся, на рав­ном рас­сто­я­нии друг от друга вы­свер­ли­ва­лись не­боль­шие от­вер­стия под тер­мо­мет­ры (a, b, … f). Вна­ча­ле тем­пе­ра­ту­ра каж­до­го тер­мо­мет­ра под­ни­ма­лась, но затем подъём пре­кра­щал­ся, уста­нав­ли­ва­лось ста­ци­о­нар­ное рас­пре­де­ле­ние тем­пе­ра­ту­ры вдоль стерж­ня. Ис­поль­зуя эту идею, Г. Ви­де­ман и Р. Франц в 1835 году по­лу­чи­ли дан­ные о теп­ло­про­вод­но­сти ме­тал­лов и спла­вов. Ре­зуль­та­ты их опы­тов в от­но­си­тель­ных еди­ни­цах пред­став­ле­ны в табл. 1 (наи­луч­шая про­во­ди­мость  — у се­реб­ра; наи­худ­шая  — у вис­му­та).

Свой­ства ме­тал­лов

 

Ме­таллТеп­ло­про­вод­ность, (от­но­си­тель­ные

еди­ни­цы)

Плот­ность,

г/см3

Удель­ная теплоёмкость,
Дж/г · °С		Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния, °С
Се­реб­ро10010,490,239961
Олово237,280,230

232

Же­ле­зо137,850,4601539
Вис­мут29,790,142271
Пла­ти­на1021,400,1331768
Сви­нец1111,340,128327
Зо­ло­то5919,320,129

1063

Медь738,930,3811083

 

Экс­пе­ри­мент по Фурье яв­ля­ет­ся фи­зи­че­ски более вер­ным, чем экс­пе­ри­мент, пред­ло­жен­ный Фран­кли­ном. Дж. Тин­даль привёл такой ар­гу­мент. Возьмём два ко­рот­ких стерж­ня оди­на­ко­вых гео­мет­ри­че­ских раз­ме­ров: один из вис­му­та, дру­гой из же­ле­за; по­кро­ем один торец каж­до­го стерж­ня вос­ком, а дру­гой конец по­ста­вим на крыш­ку котла с го­ря­чей водой. Пер­вым воск рас­та­ет на стерж­не из вис­му­та, зна­чит, по Фран­кли­ну, он луч­ший про­вод­ник тепла. Опыты же Ви­де­ма­на и Фран­ца по­ка­за­ли про­ти­во­по­лож­ный ре­зуль­тат.

Тин­даль разъ­яс­нил, что на ре­зуль­та­ты опыта по Фран­кли­ну вли­я­ет не толь­ко теп­ло­про­вод­ность ме­тал­лов, но и их удель­ная теплоёмкость. Умно­жив удель­ную теплоёмкость ме­тал­ла на его плот­ность для вис­му­та по­лу­чим:

0,142 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 9,79г/см в кубе = 1,39Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка ,

а для же­ле­за:

0,460 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 7,85г/см в кубе = 3,61Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка .

Сле­до­ва­тель­но, на про­грев стерж­ня из вис­му­та тре­бу­ет­ся мень­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты. Спла­вы ме­тал­лов также об­ла­да­ют вы­со­кой теп­ло­про­вод­но­стью. (На­при­мер, ней­зиль­бер  — сплав меди, ни­ке­ля и цинка, из ко­то­ро­го де­ла­ли сто­ло­вые при­бо­ры.) Тин­даль пишет, что если взять ку­со­чек бе­ло­го фос­фо­ра, ко­то­рый пла­вит­ся при 44 ºС и за­го­ра­ет­ся при 60 ºС, и по­ло­жить его на че­ре­нок чай­ной ложки из ней­зиль­бе­ра, опу­щен­ный в го­ря­чий чай, то фос­фор рас­пла­вит­ся. А если тот же опыт по­вто­рить с лож­кой из се­реб­ра, то фос­фор за­го­рит­ся.

Вставь­те в пред­ло­же­ние про­пу­щен­ные слова (со­че­та­ния слов), ис­поль­зуя ин­фор­ма­цию из тек­ста.

 

Г.  Ви­де­ман и Р. Франц, ис­поль­зуя спо­соб срав­не­ния теп­ло­про­вод­но­сти ма­те­ри­а­лов, пред­ло­жен­ный _____________, по­лу­чи­ли дан­ные о теп­ло­про­вод­но­сти ме­тал­лов и по­ка­за­ли, что ____________ об­ла­да­ет наи­луч­шей про­во­ди­мо­стью тепла среди ис­сле­до­ван­ных ме­тал­лов.

 

В ответ за­пи­ши­те слова (со­че­та­ния слов) по по­ряд­ку, без до­пол­ни­тель­ных сим­во­лов.

17.  
i

Как ис­сле­до­ва­ли теп­ло­про­вод­ность ма­те­ри­а­лов

То, что раз­лич­ные тела об­ла­да­ют раз­ной спо­соб­но­стью про­во­дить тепло, т. е. раз­ной теп­ло­про­вод­но­стью, было из­вест­но давно, од­на­ко ин­стру­мен­таль­ные ис­сле­до­ва­ния на­ча­лись лишь в конце XVIII в. Идея од­но­го из опы­тов при­над­ле­жа­ла Б. Фран­кли­ну. Он пред­ла­гал по­кры­вать по­ло­су ме­тал­ла вос­ком, а затем по­гру­жать один конец в го­ря­чее масло. Счи­та­лось, что боль­шей теп­ло­про­вод­но­стью об­ла­дал тот ме­талл, у ко­то­ро­го воск за одно и то же время пла­вил­ся на боль­шей длине. Ж.-Б. Фурье пред­ло­жил иной спо­соб, по­ка­зан­ный на ри­сун­ке: в стерж­не AB, один конец ко­то­ро­го на­гре­вал­ся, на рав­ном рас­сто­я­нии друг от друга вы­свер­ли­ва­лись не­боль­шие от­вер­стия под тер­мо­мет­ры (a, b, … f). Вна­ча­ле тем­пе­ра­ту­ра каж­до­го тер­мо­мет­ра под­ни­ма­лась, но затем подъём пре­кра­щал­ся, уста­нав­ли­ва­лось ста­ци­о­нар­ное рас­пре­де­ле­ние тем­пе­ра­ту­ры вдоль стерж­ня. Ис­поль­зуя эту идею, Г. Ви­де­ман и Р. Франц в 1835 году по­лу­чи­ли дан­ные о теп­ло­про­вод­но­сти ме­тал­лов и спла­вов. Ре­зуль­та­ты их опы­тов в от­но­си­тель­ных еди­ни­цах пред­став­ле­ны в табл. 1 (наи­луч­шая про­во­ди­мость  — у се­реб­ра; наи­худ­шая  — у вис­му­та).

Свой­ства ме­тал­лов

 

Ме­таллТеп­ло­про­вод­ность, (от­но­си­тель­ные

еди­ни­цы)

Плот­ность,

г/см3

Удель­ная теплоёмкость,
Дж/г · °С		Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния, °С
Се­реб­ро10010,490,239961
Олово237,280,230

232

Же­ле­зо137,850,4601539
Вис­мут29,790,142271
Пла­ти­на1021,400,1331768
Сви­нец1111,340,128327
Зо­ло­то5919,320,129

1063

Медь738,930,3811083

 

Экс­пе­ри­мент по Фурье яв­ля­ет­ся фи­зи­че­ски более вер­ным, чем экс­пе­ри­мент, пред­ло­жен­ный Фран­кли­ном. Дж. Тин­даль привёл такой ар­гу­мент. Возьмём два ко­рот­ких стерж­ня оди­на­ко­вых гео­мет­ри­че­ских раз­ме­ров: один из вис­му­та, дру­гой из же­ле­за; по­кро­ем один торец каж­до­го стерж­ня вос­ком, а дру­гой конец по­ста­вим на крыш­ку котла с го­ря­чей водой. Пер­вым воск рас­та­ет на стерж­не из вис­му­та, зна­чит, по Фран­кли­ну, он луч­ший про­вод­ник тепла. Опыты же Ви­де­ма­на и Фран­ца по­ка­за­ли про­ти­во­по­лож­ный ре­зуль­тат.

Тин­даль разъ­яс­нил, что на ре­зуль­та­ты опыта по Фран­кли­ну вли­я­ет не толь­ко теп­ло­про­вод­ность ме­тал­лов, но и их удель­ная теплоёмкость. Умно­жив удель­ную теплоёмкость ме­тал­ла на его плот­ность для вис­му­та по­лу­чим:

0,142 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 9,79г/см в кубе = 1,39Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка ,

а для же­ле­за:

0,460 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 7,85г/см в кубе = 3,61Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка .

Сле­до­ва­тель­но, на про­грев стерж­ня из вис­му­та тре­бу­ет­ся мень­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты. Спла­вы ме­тал­лов также об­ла­да­ют вы­со­кой теп­ло­про­вод­но­стью. (На­при­мер, ней­зиль­бер  — сплав меди, ни­ке­ля и цинка, из ко­то­ро­го де­ла­ли сто­ло­вые при­бо­ры.) Тин­даль пишет, что если взять ку­со­чек бе­ло­го фос­фо­ра, ко­то­рый пла­вит­ся при 44 ºС и за­го­ра­ет­ся при 60 ºС, и по­ло­жить его на че­ре­нок чай­ной ложки из ней­зиль­бе­ра, опу­щен­ный в го­ря­чий чай, то фос­фор рас­пла­вит­ся. А если тот же опыт по­вто­рить с лож­кой из се­реб­ра, то фос­фор за­го­рит­ся.

Для ка­ко­го из ме­тал­лов (зо­ло­то, олово или вис­мут) в опыте Ж.-Б. Фурье раз­ли­чие в по­ка­за­ни­ях со­сед­них тер­мо­мет­ров будет наи­боль­шим?

18.  
i

Как ис­сле­до­ва­ли теп­ло­про­вод­ность ма­те­ри­а­лов

То, что раз­лич­ные тела об­ла­да­ют раз­ной спо­соб­но­стью про­во­дить тепло, т. е. раз­ной теп­ло­про­вод­но­стью, было из­вест­но давно, од­на­ко ин­стру­мен­таль­ные ис­сле­до­ва­ния на­ча­лись лишь в конце XVIII в. Идея од­но­го из опы­тов при­над­ле­жа­ла Б. Фран­кли­ну. Он пред­ла­гал по­кры­вать по­ло­су ме­тал­ла вос­ком, а затем по­гру­жать один конец в го­ря­чее масло. Счи­та­лось, что боль­шей теп­ло­про­вод­но­стью об­ла­дал тот ме­талл, у ко­то­ро­го воск за одно и то же время пла­вил­ся на боль­шей длине. Ж.-Б. Фурье пред­ло­жил иной спо­соб, по­ка­зан­ный на ри­сун­ке: в стерж­не AB, один конец ко­то­ро­го на­гре­вал­ся, на рав­ном рас­сто­я­нии друг от друга вы­свер­ли­ва­лись не­боль­шие от­вер­стия под тер­мо­мет­ры (a, b, … f). Вна­ча­ле тем­пе­ра­ту­ра каж­до­го тер­мо­мет­ра под­ни­ма­лась, но затем подъём пре­кра­щал­ся, уста­нав­ли­ва­лось ста­ци­о­нар­ное рас­пре­де­ле­ние тем­пе­ра­ту­ры вдоль стерж­ня. Ис­поль­зуя эту идею, Г. Ви­де­ман и Р. Франц в 1835 году по­лу­чи­ли дан­ные о теп­ло­про­вод­но­сти ме­тал­лов и спла­вов. Ре­зуль­та­ты их опы­тов в от­но­си­тель­ных еди­ни­цах пред­став­ле­ны в табл. 1 (наи­луч­шая про­во­ди­мость  — у се­реб­ра; наи­худ­шая  — у вис­му­та).

Свой­ства ме­тал­лов

 

Ме­таллТеп­ло­про­вод­ность, (от­но­си­тель­ные

еди­ни­цы)

Плот­ность,

г/см3

Удель­ная теплоёмкость,
Дж/г · °С		Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния, °С
Се­реб­ро10010,490,239961
Олово237,280,230

232

Же­ле­зо137,850,4601539
Вис­мут29,790,142271
Пла­ти­на1021,400,1331768
Сви­нец1111,340,128327
Зо­ло­то5919,320,129

1063

Медь738,930,3811083

 

Экс­пе­ри­мент по Фурье яв­ля­ет­ся фи­зи­че­ски более вер­ным, чем экс­пе­ри­мент, пред­ло­жен­ный Фран­кли­ном. Дж. Тин­даль привёл такой ар­гу­мент. Возьмём два ко­рот­ких стерж­ня оди­на­ко­вых гео­мет­ри­че­ских раз­ме­ров: один из вис­му­та, дру­гой из же­ле­за; по­кро­ем один торец каж­до­го стерж­ня вос­ком, а дру­гой конец по­ста­вим на крыш­ку котла с го­ря­чей водой. Пер­вым воск рас­та­ет на стерж­не из вис­му­та, зна­чит, по Фран­кли­ну, он луч­ший про­вод­ник тепла. Опыты же Ви­де­ма­на и Фран­ца по­ка­за­ли про­ти­во­по­лож­ный ре­зуль­тат.

Тин­даль разъ­яс­нил, что на ре­зуль­та­ты опыта по Фран­кли­ну вли­я­ет не толь­ко теп­ло­про­вод­ность ме­тал­лов, но и их удель­ная теплоёмкость. Умно­жив удель­ную теплоёмкость ме­тал­ла на его плот­ность для вис­му­та по­лу­чим:

0,142 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 9,79г/см в кубе = 1,39Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка ,

а для же­ле­за:

0,460 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 7,85г/см в кубе = 3,61Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка .

Сле­до­ва­тель­но, на про­грев стерж­ня из вис­му­та тре­бу­ет­ся мень­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты. Спла­вы ме­тал­лов также об­ла­да­ют вы­со­кой теп­ло­про­вод­но­стью. (На­при­мер, ней­зиль­бер  — сплав меди, ни­ке­ля и цинка, из ко­то­ро­го де­ла­ли сто­ло­вые при­бо­ры.) Тин­даль пишет, что если взять ку­со­чек бе­ло­го фос­фо­ра, ко­то­рый пла­вит­ся при 44 ºС и за­го­ра­ет­ся при 60 ºС, и по­ло­жить его на че­ре­нок чай­ной ложки из ней­зиль­бе­ра, опу­щен­ный в го­ря­чий чай, то фос­фор рас­пла­вит­ся. А если тот же опыт по­вто­рить с лож­кой из се­реб­ра, то фос­фор за­го­рит­ся.

Опыт Тин­да­ля про­во­дят со стреж­ня­ми из меди и же­ле­за. На про­грев стерж­ня из же­ле­за на одно и то же ко­ли­че­ство гра­ду­сов тре­бу­ет­ся боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты, чем у меди. Для меди:

0,381Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 8,93 г/см в кубе = 3,40 Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка .

Для же­ле­за:

0,460Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 7,85 г/см в кубе = 3,61 Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка .

Какой из стерж­ней про­гре­ет­ся быст­рее? Ответ по­яс­ни­те.