Практические занятия по дисциплине «Физика» (стр. 3 )

Дано:

Решение:

Используем формулу, полученную в предыдущем

задании:

Пример№3

Звуковые колебания с частотой =450 Гц и амплитудой

А=0,3 мм распространяются в упругой среде. Длина волны =80 см. определить: 1) скорость распространения волн; 2) максимальную скорость частиц среды.

Дано:

Решение:

Скорость распространения волн:

Из уравнения бегущей волны:

Можно определить зависимость скорости колебания частицы с координатой x от времени:

Пример№4

Плоская синусоидальная волна распространяется вдоль прямой, совпадающей с положительным направлением оси x в среде, не поглощающей энергию, со скоростью =10 м/с. Две точки, находящиеся на этой прямой на расстояниях x1=7м и x2=10м от источника колебаний, колеблются с разностью фаз . Амплитуда волны А=5 см. Определить: 1) длину волны ; 2) уравнение волны; 3) смещение второй точки в момент времени =2 с.

Дано:

Решение:

Используем выражение для разности фаз колебаний точек среды, полученное в примере №1:

; ;

Смещение второй точки в момент времени :

Пример№5

Два когерентных источника посылают поперечные волны в одинаковых фазах. Периоды колебаний Т=0,2 с. Скорость распространения волн в среде =800 м/с. Определить, при какой разности хода в случае наложения волн будет наблюдаться:

1) ослабление колебаний; 2) усиление колебаний.

Дано:

Решение:

Уравнения бегущих волн от каждого из источников:

В результате наложения волн, распространяющихся в одном направлении от когерентных источников, получится волна, бегущая в том же направлении, с той же частотой:

Амплитуда результирующей волны может быть найдена с помощью метода векторных диаграмм (см. лекции):

Результирующая амплитуда будет минимальной, т. е. будет наблюдаться ослабление колебаний, если:

0; 1; 2;…

Колебания будут усиливаться, если:

0; 1; 2;…

Пример№6

Два динамика расположены на расстоянии d=2,5 м друг от друга и воспроизводят один и тот же музыкальный тон на частоте =1500 Гц. Приёмник находится на расстоянии l=4 м от центра динамиков. Принимая скорость звука =340 м/с, определить на какое расстояние от центральной линии параллельно динамикам надо отодвинуть приёмник, чтобы он зафиксировал первый интерференционный минимум.

Дано:

Решение:

Как было показано в примере №5, максимум интерференции двух когерентных волн наблюдается если:

и

Первый минимум будет наблюдаться при n=0:

; то есть; .

Из геометрических соображений: ; ;

Считая, что то:

Так как , то

Тогда:

Пример№7

Определить длину волны , если расстояние между первым и четвёртым узлами стоячей волны равно 30 см.

Дано:

Решение:

Координаты узлов стоячей волны:,

а расстояние между первым и четвёртым узлами:

; Тогда:

Пример№8

Скорость распространения звуковой волны в газе с молярной массой

М=2,9·10-2 кг/моль при t=20°С составляет 343 м/с. Определить отношение молярных теплоёмкостей газа при постоянных давлении и объёме.

Дано:	Решение: Используем формулу скорости звука в газе:

Пример№9

Электропоезд проходит со скоростью 54 км/ч мимо неподвижного приёмника и даёт гудок, частота которого 300 Гц. Принимая скорость звука равной 340 м/с, определить частоту тона звукового сигнала гудка поезда.

Дано:

Решение:

Частота, воспринимаемая приёмником

при приближении электропоезда:

при удалении:

;

Пример№10

Поезд проходит со скоростью 54 км/ч мимо неподвижного приёмника и подаёт звуковой сигнал. Приёмник воспринимает скачок частотой =53 Гц. Принимая скорость звука равной 340 м/с, определить частоту тона звукового сигнала гудка поезда.

Дано:	Решение: Используя результат, полученный в предыдущей задаче:

Заключительная часть

Задаётся задание на самостоятельное решение:

«Сборник задач по курсу физики.»

№4.122; 4.127; 4.131;4.136; 4.148; 4.156.

Тема 6.1. Законы идеальных газов. Уравнение состояния идеальных газов.

I. Цель практического занятия:

1.  Закрепить и углубить знания основных законов идеальных газов.

2.  Учиться применять полученные знания для решения задач по данной теме.

II. Расчёт учебного времени:

Содержание занятия

Время (мин.)

Вступительная часть: Объявление темы и цели занятия. Контрольный опрос: Закон Бойля-Мариотта. Закон Гей-Люссака. Закон Дальтона. Уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение М. К.Т. идеальных газов. Формула средней квадратичной скорости. Основная часть: Решение задач: На расчёт количества вещества и концентрации; С использованием законов идеальных газов; С использованием уравнения Менделеева-Клапейрона; С использованием формулы средней квадратичной скорости. Заключительная часть: Подведение итогов занятий, объявление задания на самостоятельную работу.

10 75 5

Контрольный опрос

1.  Закон Бойля-Мариотта: для постоянной массы газа при неизменной температуре:

2.  Законы Гей-Люссака:

а)  Для постоянной массы газа при неизменном давлении:

-объём при температуре t=0° С и или

б)  Для постоянной массы газа при неизменном объёме:

Р0- давление при t=0° С. Или

3.  Закон Дальтона для давления смеси n идеальных газов:

4.  Уравнение состояния идеального газа: -уравнение Менделеева-Клапейрона. - другая форма уравнения состояния идеального газа.

5.  Основное уравнение М. К.Т. идеальных газов: , Е – суммарная кинетическая энергия поступательного движения всех молекул газа.

6.  Формула средней квадратичной скорости молекул газа:

Основная часть

Пример №1

В баллоне объёмом V=5 л содержится кислород массой m=20 г. Определить концентрацию n молекул в баллоне.

Дано:	Решение:
n-?

Пример №2

В закрытом сосуде вместимостью 20 л находятся водород массой 6 г и гелий массой 12 г. Определить: 1) давление; 2) молярную массу газовой смеси в сосуде, если температура смеси Т=300 К.

Дано:

Решение:

Согласно закону Дальтона:

.

Из уравнения Менделеева-Клапейрона для смеси:

Тогда: и

Пример №3

В баллоне вместимостью 15 л находится азот под давлением

100 кПа при температуре t1=27°С. После того как из баллона выпустили азот массой 14 г, температура газа стала равной t2=17°С. Определить давление азота, оставшегося в баллоне.

Дано:

р2-?

Решение:

Из уравнения Менделеева для первого состояния газа:

Найдём первоначальную массу газа:

Из уравнения Менделеева для второго состояния: , учитывая, что , найдём давления газа

Пример №4

Азот массой 7 г находится под давлением p=0,1 МПа и температуре Т1=290 К. Вследствие изобарного нагревания азот занял объём V2=10 л. Определить: 1) объём V1 газа до расширения;

2) температуру Т2 газа после расширения; 3) плотности газа до и после расширения.

Дано:

Решение:

Из уравнения М.-К. для первого состояния газа: , найдём первоначальный объём газа:

Так как с газом происходит изобарный процесс, то: , поэтому .

Плотность газа можно найти из уравнения М.-К., учитывая, что , тогда . Плотность газа в первом и втором состоянии соответственно:

и

Пример №5

В сосуде вместимостью 5 л при нормальных условиях находится азот. Определить: 1) количество вещества v; 2) массу азота;

3) концентрацию n его молекул в сосуде.

Дано:	Решение: Из уравнения Менделеева- Клапейрона:

Пример №6

В сосуде вместимостью V=0,3 л при температуре Т=290 К находится некоторый газ. На сколько понизится давление р газа в сосуде, если из него из-за утечки выйдет N=1019 молекул.

Дано:

Решение:

Используем уравнение состояния идеального газа:

Для первого и второго состояний: и .

Вычтем из второго уравнения первое: ,

таким образом

Пример №7

Средняя квадратичная скорость некоторого газа при нормальных условиях равна 480 м/с. Сколько молекул содержит 1 г этого газа.

Дано:

N-?

Решение:

Число молекул газа , где -масса одной молекулы. Используя формулу средней квадратичной скорости:

Найдём , тогда

Пример №8

Определить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газа, находящегося под давлением 0,1 Па. Концентрация молекул газа равна 1013 см-3.

Дано:

Решение:

Так как и , то

Поэтому

Пример №9

Определить давление, оказываемое газом на стенки сосуда, если его плотность равна 0,01 кг/м3, а средняя квадратичная скорость молекул газа составляет 480 м/с.

Дано:

р-?

Решение:

Используем формулу средней квадратичной скорости:

Из уравнения М.-К.:,

учитывая, что : ; .

Тогда: и

Пример №10

В баллонах объёмом V1=20 л и V2=44 л содержится газ. Давление в первом баллоне р1=2,4 МПа, во втором – р2=1,6 МПа. Определить общее давление р и парциальное и после соединения баллонов, если температура газов осталась прежней.

Дано:

Решение:

Так как температура не изменяется то с газами происходит изотермический процесс:

и

По закону Дальтона установившееся давление после соединения сосудов:

Пример №11

В U-образный манометр налита ртуть. Открытое колено манометра соединено с окружающим пространством при нормальном атмосферном давлении р0 и ртуть в открытом колене стоит выше, чем в закрытом, на =10 см. При этом свободная от ртути часть трубки закрытого колена имеет длину l=20 см. Когда открытое колено присоединили к баллону с воздухом, разность уровней ртути увеличилась и достигла =26 см. Найти давление р воздуха в баллоне.