Заголовок: ВПР 2021 год по физике 11 класс. Вариант 9.
Комментарий:
Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
РЕШУ ВПР — физика–11
Вариант № 185061

ВПР 2021 год по физике 11 класс. Вариант 9.

1.  
i

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

ма­те­ри­аль­ная точка, элек­тро­маг­нит­ные ко­ле­ба­ния, иде­аль­ный газ, сила тока, то­чеч­ный элек­три­че­ский заряд, по­ля­ри­за­ция света, теп­ло­пе­ре­да­ча.

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)  По мере подъёма в гору ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние по­ни­жа­ет­ся.

2)  Про­цесс пе­ре­да­чи ко­ли­че­ства теп­ло­ты от более на­гре­то­го тела к менее на­гре­то­му яв­ля­ет­ся об­ра­ти­мым.

3)  Ори­ен­та­ция маг­нит­ной стрел­ки на Земле была бы не­воз­мож­на при от­сут­ствии на Земле ат­мо­сфе­ры.

4)  Гар­мо­ни­че­ские ко­ле­ба­ния элек­три­че­ско­го за­ря­да в ме­тал­ли­че­ских про­вод­ни­ках яв­ля­ют­ся ис­точ­ни­ка­ми рент­ге­нов­ских лучей.

5)  При есте­ствен­ной ра­дио­ак­тив­но­сти чем мень­ше пе­ри­од по­лу­рас­па­да изо­то­пов, тем быст­рее сни­жа­ет­ся масса ра­дио­ак­тив­но­го ве­ще­ства.

3.  
i

Мяч, не­по­движ­но ле­жав­ший на полу ав­то­бу­са, дви­жу­ще­го­ся от­но­си­тель­но Земли, по­ка­тил­ся назад про­тив дви­же­ния ав­то­бу­са. Как при этом из­ме­ни­лась ско­рость ав­то­бу­са от­но­си­тель­но Земли?

4.  
i

По­ло­же­ния мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­че­ской тео­рии фор­му­ли­ру­ют­ся сле­ду­ю­щим об­ра­зом.

1.  Ве­ще­ство со­сто­ит из ча­стиц.

2.  Ча­сти­цы на­хо­дят­ся в не­пре­рыв­ном ха­о­ти­че­ском дви­же­нии.

3.  Ча­сти­цы вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом.

Плот­ность газов оди­на­ко­ва по всему объёму со­су­да, ко­то­рый они за­ни­ма­ют. Каким из по­ло­же­ний мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­че­ской тео­рии стро­е­ния ве­ще­ства можно объ­яс­нить этот факт?

5.  
i

Ры­бо­лов вы­та­щил на­дув­ную лодку из воды и оста­вил её на бе­ре­гу под па­ля­щи­ми лу­ча­ми солн­ца. Как за пер­вые ми­ну­ты пре­бы­ва­ния лодки на бе­ре­гу из­ме­ни­лись дав­ле­ние воз­ду­ха в лодке и сред­не­квад­ра­тич­ная ско­рость мо­ле­кул газов, вхо­дя­щих в его со­став? Объём лодки счи­тать не­из­мен­ным.

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те со­от­вет­ству­ю­щий ха­рак­тер из­ме­не­ния:

 

1)  уве­ли­чи­ва­ет­ся

2)  умень­ша­ет­ся

3)  не из­ме­ня­ет­ся

Дав­ле­ние воз­ду­хаСред­не­квад­ра­тич­ная ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул газов
6.  
i

На ри­сун­ке при­ве­де­ны спек­тры по­гло­ще­ния раз­ре­жен­ных ато­мар­ных паров не­из­вест­но­го газа и фраг­мен­ты спек­тров по­гло­ще­ния паров на­трия и гелия. Какой(-ие) газ(-ы)  — гелий или на­трий  — вхо­дит(ят) в со­став не­из­вест­но­го газа?

7.  
i

Свя­зан­ная си­сте­ма эле­мен­тар­ных ча­стиц со­дер­жит 30 элек­тро­нов, 35 ней­тро­нов и 30 про­то­нов. Ис­поль­зуя фраг­мент Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы Д. И. Мен­де­ле­е­ва, опре­де­ли­те, ато­мом ка­ко­го эле­мен­та яв­ля­ет­ся эта си­сте­ма. На­зва­ние эле­мен­та за­пи­ши­те сло­вом.

8.  
i

На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры ве­ще­ства от вре­ме­ни его на­гре­ва­ния при не­из­мен­ной мощ­но­сти на­гре­ва­те­ля. Пер­во­на­чаль­но ве­ще­ство на­хо­ди­лось в твёрдом со­сто­я­нии.

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

1)  Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния ве­ще­ства равна 300 ºС.

2)  В ин­тер­ва­ле вре­ме­ни от 10 до 30 мин. внут­рен­няя энер­гия ве­ще­ства уве­ли­чи­ва­лась.

3)  Теплоёмкость ве­ще­ства в твёрдом со­сто­я­нии в 1,5 раза мень­ше теплоёмко­сти ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии.

4)  Через 35 мин. от на­ча­ла на­гре­ва­ния всё ве­ще­ство на­хо­ди­лось в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии.

5)  Через 15 мин. от на­ча­ла на­гре­ва­ния всё ве­ще­ство на­хо­ди­лось в жид­ком со­сто­я­нии.

9.  
i

Кос­ми­че­ский ап­па­рат вы­дер­жи­ва­ет внеш­нее дав­ле­ние, со­от­вет­ству­ю­щее дав­ле­нию при по­гру­же­нии в море до глу­би­ны 1 км. Плот­ность мор­ской воды равна 1030 кг/м3. В ат­мо­сфе­ре каких из пла­нет зем­ной груп­пы Сол­неч­ной си­сте­мы мог бы ра­бо­тать ап­па­рат, не ис­пы­ты­вая ме­ха­ни­че­ских по­вре­жде­ний? 1 атм. = 101 300 Па.

 

Пла­не­таЗемляМер­ку­рийВе­не­раМарс
Хи­ми­че­ский со­став
(объёмные про­цен­ты
по от­но­ше­нию к
сред­ней плот­но­сти ρ)

N2 78

O2 21

Ar 0,93

H2O 0,1−1

CO2 0,03

CO 10−5

CH4 10−4

H2 5×10−5

Ne 10−3

He 10−4

N2 ⩽ 20

H2⩽ 18

Ne ⩽ 40−60

Ar ⩽ 2

CO2 ⩽ 2

CO2 95

N2 3−5

Ar 0,01

H2O 0,01−0,1

CO 5×10−3

HCl 4×10−5

HF 10−6

O2 < 5×10−4

SO2 10−5

H2S < 10−5

CO2 95

N2 2−3

Ar 1−2

H2O 10−3−10−1

CO 4×10−3

O2 0,1−0,4

Сред­няя
мо­ле­ку­ляр­ная масса
28,9743,243,5
Тем­пе­ра­ту­ра
у по­верх­но­сти
(в сред­них ши­ро­тах)
Tmax (К)
Tmin (К)
310
240
500
110
735
735
270
200
Сред­нее дав­ле­ние
у по­верх­но­сти
P (атм.)
1< 2×10−14906×10−3

 

За­пи­ши­те ре­ше­ние и ответ.

10.  
i

Уче­ник ис­сле­до­вал за­ви­си­мость силы Ар­хи­ме­да от объёма по­гружённой в жид­кость части тела. В таб­ли­це пред­став­ле­ны ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний объёма по­гружённой части тела и силы Ар­хи­ме­да с учётом по­греш­но­стей из­ме­ре­ний.

 

№ опыта Объём по­гружённой части тела, см3Сила Ар­хи­ме­да, Н
150,0 ± 0,50,60 ± 0,05
280,0 ± 0,50,95 ± 0,05
3100,0 ± 0,51,20 ± 0,05

 

Ка­ко­ва при­бли­зи­тель­но плот­ность жид­ко­сти, в ко­то­рую опус­ка­ли тело?

11.  
i

Учи­тель на уроке со­брал сле­ду­ю­щую уста­нов­ку: пря­мой про­вод­ник с током по­ме­стил между по­лю­са­ми ду­го­об­раз­но­го маг­ни­та (см. ри­су­нок). При за­мы­ка­нии цепи можно было на­блю­дать, как про­вод­ник втя­ги­ва­ет­ся в об­ласть маг­ни­та.

Какой вывод можно сде­лать на ос­но­ва­нии дан­но­го опыта?

12.  
i

Вам не­об­хо­ди­мо ис­сле­до­вать, за­ви­сит ли элек­три­че­ское со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка от ма­те­ри­а­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен про­вод­ник. Име­ет­ся сле­ду­ю­щее обо­ру­до­ва­ние (см. рис.):

— ис­точ­ник тока;

— вольт­метр;

— ам­пер­метр;

— рео­стат;

— ключ;

— со­еди­ни­тель­ные про­во­да;

— набор из шести про­вод­ни­ков, из­го­тов­лен­ных из раз­ных про­во­лок, ха­рак­те­ри­сти­ки ко­то­рых при­ве­де­ны в таб­ли­це.

Номер

про­вод­ни­ка

Длина

про­вод­ни­ка

Пло­щадь по­пе­реч­но­го

се­че­ния про­вод­ни­ка

Ма­те­ри­ал, из ко­то­ро­го

из­го­тов­лен про­вод­ник

150 см0,5 мм2ни­хром
2100 см1,0 мм2алю­ми­ний
3100 см0,5 мм2медь
450 см0,5 мм2алю­ми­ний
5100 см1,5 мм2ни­хром
650 см0,5 мм2медь

 

В от­ве­те:

1.  За­ри­суй­те схему элек­три­че­ской цепи. Ука­жи­те но­ме­ра ис­поль­зу­е­мых про­вод­ни­ков (см. таб­ли­цу).

2.  Опи­ши­те по­ря­док дей­ствий при про­ве­де­нии ис­сле­до­ва­ния.

13.  
i

Уста­но­ви­те со­от­вет­ствие между на­уч­ны­ми от­кры­ти­я­ми и име­на­ми учёных, ко­то­рым эти от­кры­тия при­над­ле­жат. К каж­дой по­зи­ции пер­во­го столб­ца под­бе­ри­те со­от­вет­ству­ю­щую по­зи­цию из вто­ро­го столб­ца и за­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры под со­от­вет­ству­ю­щи­ми бук­ва­ми.

НА­УЧ­НЫЕ ОТ­КРЫ­ТИЯ

А)  от­кры­тие яв­ле­ния внеш­не­го фо­то­эф­фек­та

Б)  экс­пе­ри­мен­таль­ное ис­сле­до­ва­ние внеш­не­го фо­то­эф­фек­та

ИМЕНА УЧЁНЫХ

1)  Г. Герц

2)  А. Г. Сто­ле­тов

3)  Э. Ре­зер­форд

4)  А. Эйн­штейн

За­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры под со­от­вет­ству­ю­щи­ми бук­ва­ми.

AБ
14.  
i

Про­чи­тай­те фраг­мент ин­струк­ции к мик­ро­вол­но­вой печи и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Можно ли разо­гре­вать в мик­ро­вол­но­вой печи кар­то­фель в ке­ра­ми­че­ской ка­стрю­ле, за­кры­той стек­лян­ной крыш­кой? Ответ по­яс­ни­те.

15.  
i

Про­чи­тай­те фраг­мент ин­струк­ции к мик­ро­вол­но­вой печи и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

По­че­му в ин­струк­ции ре­ко­мен­ду­ет­ся по­ме­щать в на­гре­ва­е­мую жид­кость пласт­мас­со­вую ложку?

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.

 

Ис­поль­зуя спо­соб, пред­ло­жен­ный Ж.-Б. Фурье, Г. Ви­де­ман и Р. Франц срав­ни­ли ______________________ раз­лич­ных ме­тал­лов. Они уста­но­ви­ли, что _________ яв­ля­ет­ся луч­шим про­вод­ни­ком тепла, чем зо­ло­то или олово.

 

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 (се­реб­ро, же­ле­зо или вис­мут) в опыте Ж.-Б. Фурье раз­ли­чие в по­ка­за­ни­ях двух со­сед­них тер­мо­мет­ров будет наи­мень­шим?

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 олова и же­ле­за. На про­грев стерж­ня из же­ле­за на одно и то же число гра­ду­сов тре­бу­ет­ся боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты, чем стерж­ня из олова. (Для олова: 0,230 Дж/ левая круг­лая скоб­ка г умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 7,28г/см в кубе = 1,64Дж/ левая круг­лая скоб­ка см в кубе умно­жить на \! гра­ду­совС пра­вая круг­лая скоб­ка ; 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 . пра­вая круг­лая скоб­ка Какой из стерж­ней про­гре­ет­ся быст­рее? Ответ по­яс­ни­те.