Качественные задачи по физике для самоподготовки студентам

Качественные задачи по физике для самоподготовки студентам СТГАУ
с решениями
Механика
1. На рисунке 1 представлены графики изменения
координат двух тракторов, движущихся равномерно прямолинейно ( I и II ). Изобразите соответствующие им графики пути. Считать    .
Решение
На рисунке 2 показаны пути, пройденные тракторами
за время движения t . Если точкой начала отсчёта считать
гараж при х  0 , то первый трактор, находясь вне гаража,
проделал путь s1  1t и вышел в поле. Второй трактор возвратился в гараж из поля, проделав путь s 2  х2   2 t .
2. На рисунке 3 представлены графики пути трёх
автомобилей: а) Как движется каждый автомобиль (равномерно, неравномерно)? б) Что означает точка пересечения графика с осью абсцисс, с осью ординат? в) Как истолковать точки пересечения графиков? г) Какой из автомобилей имеет наибольшую скорость?
Решение
а) Равномерно; б) Точка пересечения графика с точкой абсцисс определяет момент времени, когда путь равен нулю. Точка пересечения графика с осью
ординат определяет расстояние автомобиля от точки отсчёта в начальный момент; в) Точка пересечения графиков определяет момент времени, для которого
пути автомобилей одинаковы; г) Третий, так как угол наклона графика к оси
абсцисс наибольший.
3. На рисунке 4 представлена схема работы
посадочного аппарата рассадопосадочной машины.
Каким должно быть соотношение скорости  м машины и скорости  ц цепи?
Решение
Относительно земли скорость должна быть
равна нулю. Так как машина имеет скорость  м относительно земли, то цепь должна иметь скорость
 ц относительно машины, равную ей, но противоположно направленную.
4. Изобразите график скорости следующего движения трактора: из состояния покоя трактор двигался равноускоренно, затем ускорение уменьшилось, а
движение осталось равноускоренным, далее трактор двигался равномерно. Чтобы остановить машину, тракторист перевёл её на равнозамедленное движение.
Как только трактор остановился, водитель тот час же включил задний ход, и
1
машина стала двигаться равноускоренно с тем же ускорением, с каким производилось перед этим замедление. По достижении определённой скорости тракторист одновременно выключил двигатель и включил тормоз, вследствие чего
трактор стал двигаться равнозамедленно, пока не остановился. Затем некоторое
время трактор стоял.
Решение
График скорости имеет вид, изображённый на рисунке. 5
5.Гусеничный трактор идёт со скоростью   3 м с .
С какой скоростью относительно дороги движутся верхняя и нижняя части гусеницы трактора?
Решение
Верхняя часть со скоростью 6 м с , в состоянии опоры - 0 м с .
6. В быстроходных ветродвигателях, применяемых в сельском хозяйстве,
для создания равномерности оборотов ветроколеса в трансмиссию включается
массивный маховик. Объясните, как влияет маховик на равномерность хода колеса.
Решение
Порыв ветра вследствие инертности маховика не может быстро увеличить частоту его вращения; при резком снижении скорости ветра по той же
причине не происходит резкого падения частоты вращения вала. Таким образом, маховик регулирует частоту вращения вала ветроколеса.
7. Почему при увеличении количества зерна, поступающего на очистку
сортировального устройства, необходимо увеличивать воздушный поток от
вентилятора?
Решение
Поскольку масса вороха возросла, то должна быть увеличена сила воздушного потока во столько же раз. Чтобы качество очистки не изменилась.
8. При прополке посевов вручную сорняки не следует выдёргивать из
земли слишком быстро. Почему?
Решение
При быстром выдёргивании корни сорняка не успевают прийти в движение и стебель обрывается. Работа не достигает цели, т.к. инертность системы
определяет раньше достижение предела прочности материала в упругой деформации.
9. Почему водосливная часть плотины крупной гидроэлектростанции со
стороны нижнего бьефа имеет параболическую поверхность?
Решение
Чтобы стекающая по ней вода, частицы которой движутся по параболам,
не производили бы давление на платину.
10. При установке стогометателей на колёсные тракторы колёса должны
быть расставлены на максимальную ширину колеи. Объясните физический
смысл этого.
2
Решение
Увеличивается площадь опоры, увеличивается устойчивость трактора.
Молекулярная физика
11. Почему баллоны со сжатым газом взрывоопасны, а труба с водой под
большим давлением взрывобезопасна?
Решение
При взрыве трубы давление практически падает до нуля, и она не может
совершать больших разрушений. При взрыве баллона вследствие сильного увеличения объёма газа (при понижении давления) осколки приобретают большие
скорости и производят большие разрушения.
Броуновское движение
12. Почему в горячей воде сахар растворяется быстрее, чем в холодной?
Решение
С увеличением температуры возрастает скорость диффузии.
Взаимодействие молекул
13. Капля воды, попав на раскалённую плиту, начинает на ней прыгать.
Почему?
Решение
Раскалённая плита, нагревая поверхность капли, образует вокруг неё оболочку пара. Этот пар подбрасывает каплю вверх.
14.Как предохранить воду от испарения при хранении в открытом сосуде?
Решение
На поверхность воды надо налить слой масла, которое медленно испаряется.
Сила поверхностного натяжения
15. Если острия S  образной картонной пластинки
(рис. 6) натереть мылом и положить на воду, то пластинка будет вращаться. Почему? В каком направлении? За счёт какой
энергии?
Решение
Разность сил поверхностного натяжения создаёт пару сил, вращающую
пластинку против часовой стрелки. Энергия пластинки возникает за счёт
уменьшения энергии поверхностного слоя жидкости.
Явление смачивания
16. Некоторые мелкие насекомые, попав на поверхность воды, не могут
выбраться наружу. Почему?
Решение
Насекомые не могут преодолеть силу поверхностного натяжения выпуклой плёнки воды, образующейся в том месте, где насекомое пытается выбраться наружу.
3
17. Отвал плуга покрыли пластиком, который не смачивается. Изменится
ли тяговое сопротивление плуга?
Решение
Тяговое сопротивление плуга уменьшится, так как уменьшится сила
сцепления отвала с почвой.
18. Бросьте в стакан газированной воды ягоду винограда. Ягода сразу же
покроется пузырьками газа, которые поднимут её на поверхность, Когда пузырьки газа с ягоды выйдут в воздух, она снова потонет. Затем явление будет
повторяться много раз подряд, пока из воды не выйдет газ. Почему пузырьки
газа легче образуются на ягоде, чес на стенках канала?
Решение
Ягода винограда не смачивается водой.
19. Перья водоплавающих птиц покрыты тончайшим слоем жира, который не смачивается водой. Какую пользу приносит этот жирный налёт птицам?
Решение
Бородки перьев, смазанные жиром, не смачиваются водой и образуют
своеобразную сетку, которая не пропускает воды. Кроме того, слой воздуха, заключённый между перьями птицы, увеличивает плавучесть её тела.
Капиллярные явления
20. Бидон с керосином или бензином нельзя закрывать пробкой, обёрнутой тряпкой. Почему?
Решение
Бензин или керосин, поднимаясь по тряпочной пробке вследствие капиллярности, будет смачивать поверхность бидона. Это приведёт к потере горючего при хранении.
21. Между рядами посевов стремятся чаще рыхлить почву, разрушая тем
самым образующуюся корку. Почему этот вид работ называют «сухим поливом»?
Решение
Слежавшаяся почва содержит капилляры, по которым влага поднимается
на поверхность и испаряется. Рыхление разрушает капилляры.
22. Если положить кусок мела на мокрую губку, он намокнет. Если губку
положить на мокрый мел, она останется сухой. Почему?
Решение
Мел имеет капилляры меньшего размера, чем губка.
Деформация тел
23. Шатуны цилиндров двигателей внутреннего сгорания изготавливаются из стержней двутаврового сечения. Почему?
Решение
Стержень двутаврового сечения хорошо противостоит деформациям растяжения, сжатия, изгиба. При сохранении прочности он имеет меньший вес.
4
24. Какую часть железобетонной балки, работающей на изгиб, следует
армировать больше?
Решение
При изгибе часть балки растягивается, а часть сжимается. Бетон хорошо
работает на сжатие, но плохо на растяжение. Армировать нужно ту часть балки, которая растягивается.
Электростатика
Напряжённость электрического поля
25. Почему окраска небольших предметов методом разбрызгивания краски экономически выгодна, а также безвредна для здоровья работающего, если
между пульверизатором и предметом создать высокое напряжение?
Решение
Заряженные частицы не разбрызгиваются беспорядочно во все стороны, а
под действием сил электрического поля ложатся только на окрашиваемый
предмет.
Постоянный электрический ток
Соединения сопротивлений
26. Для освещения длинных коридоров (или лестниц в подъездах) часто
делают такое соединение проводов, что по концам коридора (или вверху и внизу лестницы) имеются по переключателю. В какую бы сторону ни шли люди,
они поворотом первого переключателя могут зажечь лампу, а поворотом второго – погасить её. Составьте схему удовлетворяющую таким условиям при возможной экономии в проводах.
Решение
Схема соединения лампы, двух переключателей и источника постоянного тока
приведена на рисунке 7.
27. В конце комнаты есть две электрические лампы. Составьте схему включения в
цепь такого переключателя, при помощи которого можно было бы зажигать ту
или иную лампу, или обе вместе, или, наконец, обе выключать.
Решение
Так как лампы по условию задачи должны
гореть независимо друг от друга, то они должны быть включены параллельно и через соответствующую клемму переключателя соединяться с линией электропроводки. Но, кроме того, надо взять такой переключатель, который бы мог замыкать обе лампы одновременно. Обоим условиям удовлетворяет переключатель, подвижная часть которого имеет Т-образную форму. Схема соответствующей цепи показана на рисунке 9.
5
Работа и мощность электрического тока
28. Вследствие испарения и распыления материала с поверхности нити
накала лампы нить с течением времени становится тоньше. Как это влияет на
мощность, потребляемую лампой?
Решение
Мощность уменьшается: P  U 2 R , т.к. с уменьшением сечения S нити,
увеличивается её сопротивление R    l S .
Закон Джоуля – Ленца для участка цепи
29. В каком из сопротивлений (рис. 20) выделяется наибольшее количество теплоты?
Решение
На сопротивлении R2  2 Ом , т.к. по верхнему
участку цепи протекает больший ток, чем по нижнему. Количество выделившейся теплоты определяется Qi  I i2 Ri t .
30. Почему электрические лампы чаще «перегорают» в момент замыкания тока и очень редко в момент размыкания?
Решение
Сопротивление холодного металла меньше, чем раскалённого. Поэтому в
момент включения ток будет наибольший. Лампа, долго находившаяся в употреблении, имеет тонкую нить (вследствие испарения металла), поэтому в момент включения она окончательно разрушается.
Электрический ток в различных средах
31. Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам голыми руками?
Решение
Влага на руках всегда содержит раствор различных солей и является
электролитом. Поэтому она создаёт хороший контакт с между проводами и кожей.
32. Почему при заземлении нужно пластины закапывать во влажный слой
почвы (зарывание, например, в сухой песок недостаточно)?
Решение
Ионы, содержащиеся в воде, обеспечивают хорошую электропроводность
почвы.
33. Почему провода осветительной сети обязательно имеют резиновую
оболочку, а провода, предназначенные для сырых помещений, кроме этого, ещё
просмолены снаружи?
Решение
Потому что влага на проводах представляет собой электролит и является
проводником, а это может привести к короткому замыканию и пожару.
34. Почему зимой редко бывают грозы?
Решение
Для образования грозы (мощных кучевых облаков) необходима быстрая
вертикальная конвекция влажного воздуха. Как правило, зимой условий для
образования такой конвекции нет.
6
35. Для чего к корпусу самоходного комбайна прикрепляется массивная
металлическая цепь, десяток звеньев которой волочатся по земле?
Решение
Таким образом комбайн заземляется. Это предохраняет его от повреждений во время грозы.
Электромагнитная индукция
36. Почему иногда недалеко от места удара молнии могут расплавиться
предохранители в осветительной сети и повредиться чувствительные электроизмерительные приборы?
Решение
Магнитное поле молнии индуцирует в проводниках электроизмерительных приборов сильные направленные токи, которые повреждают приборы. Эти
же токи плавят предохранители в осветительной сети.
Самоиндукция
37. В какой момент искрит рубильник: при замыкании или при размыкании? Если параллельно рубильнику включить конденсатор, то искрение прекращается. Объясните явление.
Решение
Ток самоиндукции, возникающий при размыкании, заряжает конденсатор
и не проходит при этом в виде искры через рубильник.
Колебания и волны
Механические колебания и волны. Звук
Сложение колебаний. Резонанс
38. Для чего все вибрирующие установки высотных зданий в ряде городов (электродвигатели, дизельные установки и др.) ставятся на специальные резиновые или металлические амортизаторы?
Решение
Чтобы исключить передачу вибраций каркасу зданий.
Волны
39. Морские волны, приближаясь к берегу, увеличивают высоту, достигая
иногда 43 м . Почему это происходит?
Решение
У берегов энергия колебаний толстых слоёв воды передаётся более тонким слоям, поэтому амплитуда колебаний увеличивается.
Источники звука
40. Высота звука циркулярной пилы понижается, когда к пиле прижимают доску. Почему?
Решение
Уменьшается скорость вращения пилы.
7
41. Опытные шофёры оценивают давление воздуха в баллоне колеса автомашины по звуку, получаемому при ударе по баллону металлическим предметом. Как зависит звук, издаваемый баллоном от давления воздуха в нём?
Решение
Чем больше давление воздуха в баллоне, тем выше тон.
Распространение звуковых волн
42. Механики, проверяя работу двигателя автомашины или трактора, иногда прикладывают к уху один конец ручки молотка, а другой конец – к разным
частям двигателя. Для чего они это делают?
Решение
Механики используют свойства звука лучше распространяться по твёрдому телу (дереву), чем по воздуху.
43. Для борьбы с уличным шумом в стенах высотных зданий в Москве
вмонтирован асбестоцементно-пористый материал. Почему это препятствует
проникновению звука в здание?
Решение
Асбестоцементно-пористый материал – неоднородное тело и сильно рассеивает звуковые волны.
44. Почему в туман гудки паровозов, пароходов слышны на более далёком расстоянии, чем в солнечную погоду?
Решение
В туманную погоду воздух более однороден (отсутствуют конвекционные
потоки – акустические облака).
Оптика
Интерференция света
45. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых?
Решение
Интерференцией солнечного света в прозрачной плёнке, покрывающей
крылья насекомого и имеющей разную толщину в разных местах.
46. Почему меняется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать
под разными углами?
Решение
При падении лучей на тонкую плёнку образуются интерференционные
полосы равного наклона, положение которых меняется, если смотреть на плёнку под разными углами.
Дифракция света
47. На поверхности CD- или DVD-диска, рассматриваемом под небольшим углом, видны цветные полосы. Как объяснить это явление?
Решение
Диск играет роль дифракционной решётки, дающий спектр в отражённых
лучах.
8
48. Если человек видит радужные кольца в чистом воздухе вокруг источника света, то врачи считают это признаком помутнения прозрачных сред глаза
(началом возникновения катаракты). Почему?
Решение
Свет, проходя через мутную среду, даёт дифракционную картину.
Геометрическая оптика
49. Во время хирургических операций тень от рук хирурга может закрывать операционное поле. Как устранить такое неудобство?
Решение
Надо установить несколько ламп.
50. Как надо расположить два зеркала, чтобы человек, стоящий у северной стороны дома, увидел человека, стоящего у южной стороны дома?
Решение
Надо расположить зеркала так, как показано на рис. 11.
Следовательно, сумма углов падения и отражения на
каждом из зеркал должна составлять 90 0 .
Спектры испускания и поглощения
51. Почему небо днём голубое? Почему заходящее солнце красного света?
Решение
При прохождении света через атмосферу Земли в результате рассеяния и
поглощения состав солнечного спектра существенно меняется в зависимости от
толщины проходимого светом слоя воздуха, запылённости и других факторов.
Ослабление волн зависит главным образом от высоты Солнца над уровнем горизонта. Наиболее сильно ослабляется коротковолновая часть спектра. Это является, в частности, причиной покраснения Солнца при восходе и заходе.
Дневной свет характеризуется углами падения близкими к нормали к поверхности Земли. Непрерывно возникающие в атмосфере, вследствие беспорядочного молекулярного движения, места сгущения и разряжения воздуха рассеивают солнечный свет. При этом согласно закону Рэлея для интенсивности:
I ~ 1 4 , голубые и синие лучи рассеиваются сильнее, чем жёлтые и красные,
обуславливая голубой цвет неба.
52. Почему в мелких местах морская вода имеет зелёный цвет?
Решение
В мелких местах рассеяние световых волн происходит не столько молекулами воды, сколько более крупными частицами (песок, ил, пузырьки воздуха,
живые организмы), способные рассеивать и более длинные (зелёные) волны.
53. Почему на транспорте сигнал опасности красного света?
Решение
Красные лучи распространяются с меньшими потерями. Поэтому красный сигнал дальше виден.
9
54. Грозовые облака чаще всего имеют синий цвет, а кучевые – светлосерый. Почему?
Решение
Грозовые облака состоят из мельчайших капелек, рассеивающих синие
лучи, а кучевые – из крупных капель, рассеивающих лучи всех длин волн.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения
55. Какие почвы лучше прогреваются солнечными лучами и быстрее отдают лучеиспусканием энергию: чернозёмные или подзолистые?
Решение
Тёмные почвы лучше прогреваются солнечными лучами и больше охлаждаются ночью вследствие излучения.
56. Почему в тени дерева всегда прохладнее?
Решение
Листва не пропускает солнечных лучей, поэтому воздух в тени дерева не
нагревается за счёт излучения.
57. В ясный летний день наиболее жарко бывает не в полдень, а несколько позднее. Почему?
Решение
Воздух нагревается в основном за счёт излучения почвы. Излучения почвы возрастает за счёт повышения её температуры. Наивысшей температуры
почва достигает после полудня, поэтому и воздух нагревается в это время сильнее всего.
Квантовые свойства света
58. Почему перекись водорода сохраняют в склянках из жёлтого стекла?
Решение
Лучи, близкие к фиолетовому концу спектра, химически более активны,
они хуже проходят через жёлтое стекло.
59. В физиотерапевтическом кабинете поликлиники при горении кварцевых ламп ощущается запах озона. Почему?
Решение
Кварцевые лампы дают ультрафиолетовое излучение, действие которого
на кислород воздуха приводит к образованию озона.
60. Почему высоко в горах легко получить ожоги солнечными лучами?
Решение
Пройдя меньший слой воздуха, ультрафиолетовые лучи Солнца обладают
большей интенсивностью.
10