Тест по физике 10 класс: внутренняя энергия идеального газа

Что нужно знать

Внутренняя энергия идеального газа — это сумма кинетических энергий хаотического движения всех его молекул, поскольку потенциальной энергией взаимодействия молекул в модели идеального газа пренебрегают. Внутренняя энергия зависит от температуры и количества вещества газа. Для одноатомного идеального газа она определяется формулой U = 3/2 · ν · R · T, где U — внутренняя энергия (Дж), ν — количество вещества (моль), R = 8,31 Дж/(моль·К) — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура (К). Также можно использовать формулу U = 3/2 · N · k · T, где N — число молекул, k — постоянная Больцмана (Дж/К). При повышении температуры внутренняя энергия идеального газа увеличивается, а при понижении — уменьшается. При неизменной температуре внутренняя энергия данной массы идеального газа не изменяется, даже если меняются его объём и давление. Внутреннюю энергию газа можно изменить двумя способами: совершением работы над газом или передачей ему теплоты. Например, при нагревании воздуха в закрытом баллоне его внутренняя энергия увеличивается. Типичная ошибка учеников — считать, что внутренняя энергия идеального газа зависит непосредственно от его объёма или давления, хотя для данной массы идеального газа она определяется только температурой.

Тест: 10 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что называют внутренней энергией идеального газа?

    • Энергию движения газа как целого тела
    • Сумму потенциальных энергий взаимодействия всех молекул газа
    • Сумму кинетических энергий хаотического движения всех молекул газа
    • Энергию взаимодействия газа с окружающими телами
    В модели идеального газа взаимодействием молекул пренебрегают, поэтому его внутренняя энергия определяется суммарной кинетической энергией хаотического движения молекул.

  2. 2. В каких единицах СИ измеряется внутренняя энергия?

    • В молях (моль)
    • В паскалях (Па)
    • В кельвинах (К)
    • В джоулях (Дж)
    Внутренняя энергия является физической величиной, характеризующей энергию системы, поэтому в СИ измеряется в джоулях.

  3. 3. От чего зависит внутренняя энергия данной массы одноатомного идеального газа?

    • Только от температуры газа
    • Только от давления газа
    • От температуры и формы сосуда
    • Только от объёма газа
    Для данной массы одноатомного идеального газа внутренняя энергия определяется формулой U = 3/2 · ν · R · T. Количество вещества постоянно, поэтому энергия зависит только от температуры.

  4. 4. Как изменится внутренняя энергия идеального газа, если его абсолютная температура увеличится в 2 раза, а количество вещества останется неизменным?

    • Увеличится в 4 раза
    • Увеличится в 2 раза
    • Не изменится
    • Уменьшится в 2 раза
    Внутренняя энергия одноатомного идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре: U = 3/2 · ν · R · T. Поэтому при увеличении температуры в 2 раза энергия также увеличится в 2 раза.

  5. 5. Что произойдёт с внутренней энергией идеального газа при изотермическом изменении его объёма, если количество вещества не меняется?

    • Уменьшится
    • Увеличится
    • Не изменится
    • Сначала увеличится, затем уменьшится
    При изотермическом процессе температура постоянна. Поскольку внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, она не изменяется.

  6. 6. Каким способом можно увеличить внутреннюю энергию газа в закрытом сосуде?

    • Уменьшить температуру газа
    • Охладить газ без совершения работы
    • Уменьшить число молекул газа при неизменной температуре
    • Передать газу теплоту
    При передаче теплоты газу его внутренняя энергия увеличивается, если энергия не расходуется на другие процессы. Нагревание закрытого сосуда с газом является примером такого изменения.

  7. 7. Почему при нагревании воздуха в закрытом жёстком баллоне увеличивается его внутренняя энергия?

    • Увеличивается средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул
    • Увеличивается число молекул в баллоне
    • Увеличивается масса каждой молекулы
    • Молекулы перестают хаотически двигаться
    Нагревание повышает температуру газа, а значит, увеличивает среднюю кинетическую энергию его молекул. Поэтому увеличивается и внутренняя энергия.

  8. 8. Чему равна внутренняя энергия 2 моль одноатомного идеального газа при температуре 300 К? Принять R = 8,31 Дж/(моль·К).

    • 996 Дж
    • 7479 Дж
    • 4986 Дж
    • 14958 Дж
    Используем формулу U = 3/2 · ν · R · T. U = 3/2 · 2 · 8,31 · 300 = 7479 Дж.

  9. 10. Температура одноатомного идеального газа увеличилась с 200 К до 400 К. Во сколько раз изменилась его внутренняя энергия при неизменном количестве вещества?

    • Увеличилась в 4 раза
    • Не изменилась
    • Увеличилась в 2 раза
    • Уменьшилась в 2 раза
    U1/U2 = T1/T2, поэтому U2/U1 = 400/200 = 2. Внутренняя энергия увеличилась в 2 раза.

  10. 12. Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если количество вещества увеличить в 2 раза, а абсолютную температуру уменьшить в 2 раза?

    • Увеличится в 4 раза
    • Уменьшится в 2 раза
    • Увеличится в 2 раза
    • Не изменится
    По формуле U = 3/2 · ν · R · T внутренняя энергия пропорциональна произведению νT. После изменений произведение станет (2ν) · (T/2) = νT, поэтому внутренняя энергия останется прежней.
Тесты по физике 10 класс