Задачи по физике 10 класс: основное уравнение МКТ

8 задач по физике для 10 класса по теме «Основное уравнение МКТ» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.

Задачи на основное уравнение МКТ

  1. В баллоне находится кислород, плотность которого равна 1,6 кг/м³. Средняя квадратичная скорость движения молекул кислорода составляет 500 м/с. Определите давление газа. Ответ выразите в кПа.

    Дано: ρ = 1,6 кг/м³; v = 500 м/с.

    Найти: p.

    Решение:

    Используем основное уравнение молекулярно-кинетической теории:

    p = 1/3 · ρ · v².

    Подставим значения:

    p = 1/3 · 1,6 · 500² = 133333,3 Па.

    Переведём давление в килопаскали:

    p = 133333,3 / 1000 = 133,3 кПа.

    Ответ: 133,3 кПа.

  2. В закрытом сосуде находится азот плотностью 1,2 кг/м³. Давление газа составляет 120 кПа. Определите среднюю квадратичную скорость движения молекул азота.

    Дано: ρ = 1,2 кг/м³; p = 120 кПа = 120000 Па.

    Найти: v.

    Решение:

    Из основного уравнения МКТ:

    p = 1/3 · ρ · v².

    Выразим среднюю квадратичную скорость:

    v = √(3p/ρ).

    Подставим значения:

    v = √(3 · 120000 / 1,2) = √300000 = 547,7 м/с.

    Ответ: 547,7 м/с.

  3. В сосуде объёмом 2 м³ находится газ массой 4 кг. Средняя квадратичная скорость движения молекул газа равна 300 м/с. Определите давление газа в сосуде. Ответ выразите в кПа.

    Дано: V = 2 м³; m = 4 кг; v = 300 м/с.

    Найти: p.

    Решение:

    Основное уравнение МКТ:

    p = 1/3 · ρ · v².

    Найдём плотность газа:

    ρ = m/V = 4/2 = 2 кг/м³.

    Вычислим давление:

    p = 1/3 · 2 · 300² = 60000 Па.

    Переведём в килопаскали:

    p = 60000/1000 = 60 кПа.

    Ответ: 60 кПа.

  4. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы газа равна 6,21 · 10⁻²¹ Дж. Концентрация молекул газа составляет 2 · 10²⁵ м⁻³. Определите давление газа.

    Дано: E = 6,21 · 10⁻²¹ Дж; n = 2 · 10²⁵ м⁻³.

    Найти: p.

    Решение:

    Связь давления газа со средней кинетической энергией поступательного движения молекул:

    p = 2/3 · n · E.

    Подставим значения:

    p = 2/3 · 2 · 10²⁵ · 6,21 · 10⁻²¹.

    p = 8,28 · 10⁴ Па = 82,8 кПа.

    Ответ: 82,8 кПа.

  5. В сосуде находится газ при давлении 100 кПа. Концентрация его молекул равна 2,5 · 10²⁵ м⁻³. Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения одной молекулы газа.

    Дано: p = 100 кПа = 100000 Па; n = 2,5 · 10²⁵ м⁻³.

    Найти: E.

    Решение:

    Основное уравнение МКТ в форме:

    p = 2/3 · n · E.

    Выразим среднюю кинетическую энергию:

    E = 3p/(2n).

    Подставим значения:

    E = 3 · 100000/(2 · 2,5 · 10²⁵) = 6 · 10⁻²¹ Дж.

    Ответ: 6 · 10⁻²¹ Дж.

  6. В герметичном сосуде объёмом 0,02 м³ находится газ массой 0,04 кг. Давление газа равно 150 кПа. Определите среднюю квадратичную скорость движения молекул газа. Ответ округлите до целых.

    Дано: V = 0,02 м³; m = 0,04 кг; p = 150 кПа = 150000 Па.

    Найти: v.

    Решение:

    Основное уравнение МКТ:

    p = 1/3 · ρ · v².

    Выразим скорость:

    v = √(3p/ρ).

    Найдём плотность газа:

    ρ = m/V = 0,04/0,02 = 2 кг/м³.

    Подставим значения:

    v = √(3 · 150000/2) = √225000 = 474,34 м/с.

    Округлим до целых:

    v ≈ 474 м/с.

    Ответ: 474 м/с.

  7. В двух одинаковых по объёму сосудах находятся разные идеальные газы. В первом сосуде концентрация молекул равна 3 · 10²⁵ м⁻³, а средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы равна 4 · 10⁻²¹ Дж. Во втором сосуде концентрация молекул равна 2 · 10²⁵ м⁻³, а средняя кинетическая энергия одной молекулы равна 9 · 10⁻²¹ Дж. Во сколько раз давление газа во втором сосуде больше давления в первом?

    Дано: n₁ = 3 · 10²⁵ м⁻³; E₁ = 4 · 10⁻²¹ Дж; n₂ = 2 · 10²⁵ м⁻³; E₂ = 9 · 10⁻²¹ Дж.

    Найти: p₂/p₁.

    Решение:

    Используем основное уравнение МКТ:

    p = 2/3 · n · E.

    Запишем отношение давлений:

    p₂/p₁ = (2/3 · n₂ · E₂)/(2/3 · n₁ · E₁).

    Сократим одинаковые множители:

    p₂/p₁ = n₂ · E₂/(n₁ · E₁).

    Подставим значения:

    p₂/p₁ = (2 · 9)/(3 · 4) = 18/12 = 1,5.

    Ответ: 1,5.

  8. В сосуде объёмом 0,03 м³ находится смесь двух идеальных газов. Масса первого газа равна 0,02 кг, а его средняя квадратичная скорость молекул составляет 500 м/с. Масса второго газа равна 0,04 кг, а его средняя квадратичная скорость составляет 400 м/с. Определите общее давление смеси газов. Считайте, что каждый газ вносит вклад в давление независимо от другого. Ответ выразите в кПа.

    Дано: V = 0,03 м³; m₁ = 0,02 кг; v₁ = 500 м/с; m₂ = 0,04 кг; v₂ = 400 м/с.

    Найти: p.

    Решение:

    По основному уравнению МКТ давление каждого газа:

    p₁ = 1/3 · ρ₁ · v₁²;

    p₂ = 1/3 · ρ₂ · v₂².

    Общее давление смеси равно сумме парциальных давлений:

    p = p₁ + p₂.

    Плотность первого газа:

    ρ₁ = m₁/V = 0,02/0,03 = 0,667 кг/м³.

    Плотность второго газа:

    ρ₂ = m₂/V = 0,04/0,03 = 1,333 кг/м³.

    Найдём давление первого газа:

    p₁ = 1/3 · 0,667 · 500² ≈ 55555,6 Па.

    Найдём давление второго газа:

    p₂ = 1/3 · 1,333 · 400² ≈ 71111,1 Па.

    Общее давление:

    p = 55555,6 + 71111,1 = 126666,7 Па.

    Переведём в килопаскали:

    p ≈ 126,7 кПа.

    Ответ: 126,7 кПа.