Измерения с… — Задание 10 Физика 8 Класс №00050319
Измерения с Учётом Погрешности
№2. Задание 10
ID: 00050319
Лёша нашёл в кабинете физики отполированный цилиндрик и заинтересовался, из какого материала он сделан — из олова или из железа. Лёша прочитал в справочнике, что плотности железа и олова отличаются не более чем на $10\%$, а вот их удельные теплоёмкости различаются почти в два раза: $250\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ для олова и $460\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ для железа. Для определения материала цилиндра было решено провести термодинамический опыт. Лёша налил в пластиковый калориметр $m_{\text{в}}=100\text{ г}$ холодной воды при комнатной температуре $t_{\text{х}}=23\ {}^\circ\text{С}$. В горячую воду, которая имела температуру $t_{\text{г}}=50{,}5\ {}^\circ\text{С}$, Лёша поместил цилиндрик. После того, как цилиндрик нагрелся, Лёша перенёс его в калориметр и затем измерил установившуюся температуру в калориметре — она оказалась равной $t_{\text{у}}=25{,}5\ {}^\circ\text{С}$. После этого Лёша взвесил цилиндрик, его масса оказалась равной $m_{\text{ц}}=168\text{ г}$. Теплоёмкостью калориметра Лёша решил пренебречь. Удельная теплоёмкость воды $c_{\text{в}}=4200\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$ ему была известна.
1) Какое количество теплоты получила вода от цилиндрика?
2) Рассчитайте удельную теплоёмкость материала цилиндрика и определите, из какого металла он изготовлен.
3) Когда Лёша почти закончил обработку результатов своего эксперимента, учитель сказал ему, чтобы он не забыл учесть теплоёмкость калориметра. Масса калориметра составляла $m_{\text{к}}=30\text{ г}$, а удельная теплоёмкость пластмассы по данным справочника была равна $c_{\text{к}}=210\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$. Может ли Лёша, с учётом этих сведений, утверждать, что он не ошибся в определении материала, из которого сделан цилиндрик?
Источник: ВПР 2024
Решение
Как узнать металл, не царапая его? Лёша ставит тепловой опыт: нагретый цилиндрик отдаёт теплоту воде, а удельная теплоёмкость выдаёт материал.
Дано: вода $0{,}1$ кг, с $23\ {}^\circ\text{С}$ до $25{,}5\ {}^\circ\text{С}$; цилиндрик $0{,}168$ кг, с $50{,}5\ {}^\circ\text{С}$ до $25{,}5\ {}^\circ\text{С}$.
Вопрос 1. Вода нагрелась на $2{,}5$ градуса:
$$Q_{\text{в}}=4200\cdot0{,}1\cdot2{,}5=1050\text{ Дж}$$
Вопрос 2. По уравнению теплового баланса эту теплоту отдал цилиндрик, остыв на $50{,}5-25{,}5=25$ градусов. Отсюда:
$$c=\dfrac{1050}{0{,}168\cdot25}=\dfrac{1050}{4{,}2}=250\ \dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{С}}$$
Такая теплоёмкость у олова. Плотности в условии для счёта не нужны: массу дали весы.
Вопрос 3. Калориметр стоял вместе с водой и нагрелся на те же $2{,}5$ градуса. Масса $30\text{ г}=0{,}03$ кг:
$$Q_{\text{к}}=210\cdot0{,}03\cdot2{,}5=15{,}75\text{ Дж}$$
Значит, цилиндрик отдал $1050+15{,}75=1065{,}75$ Дж, и теплоёмкость чуть больше:
$$c'=\dfrac{1065{,}75}{4{,}2}\approx254\ \dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{С}}$$
От олова это на $4$, от железа на $206$. Лёша может утверждать, что не ошибся.
Проверим себя: чтобы получилось железо, цилиндрик должен был бы отдать $460\cdot4{,}2=1932$ Дж. На калориметр таких джоулей не набрать: он забрал меньше $16$ Дж.
Ответ
Другие задания по теме «Измерения с Учётом Погрешности» (8)
- Задание 10 №00050329 — Яков нашёл среди книг прадедушки практическое пособие для ремесленных училищ и…
- Задание 10 №00050323 — Исследуя параметры неизвестной батарейки, экспериментатор собрал электрическую…
- Задание 10 №00050322 — Сопротивление спирали нагревателя, рассчитанного на напряжение U равно 220В,…
- Задание 10 №00050321 — Спиртовку располагают под стаканчиком с водой массой m индекс в равно 250г. За…
- Задание 10 №00050320 — Федя взял стрелочный вольтметр, рассчитанный на измерение напряжения не более…
- Задание 10 №00050318 — Веня взял свой стрелочный амперметр, рассчитанный на измерение силы тока не…
- Задание 10 №00050317 — Борис нашёл среди книг прадедушки практическое пособие для ремесленных училищ и…
- Задание 10 №00050316 — Паша готовил доклад по истории физики и обнаружил, что кроме шкалы Цельсия,…