Методическое пособие г. Семей 2010 Нестандартные физические задачи: методическое пособие
жүктеу/скачать 0.64 Mb.
|
1.228 В юго-восточных Каракумах Туркменистана грунтовые воды находятся особенно глубоко. Поэтому колодцы в 200-240 метров глубиной здесь редкость. Речь идет не об артезианских колодцах, а о колодцах, выкопанных руками человека, с помощью элементарных орудий труда. Самым глубоким в мире колодцем был колодец глубиной 270метров. Утверждение о том, что в колодезном мастерстве сочетаются знания горняка, ученого и удачливость кладоискателя, совершенно справедливо. Задача. Какую энергию нужно приложить, чтобы поднять на поверхность со дна глубокого колодца 10-литровое ведро воды? 1.229 На западе Азербайджана, в пяти километрах от райцентра Ханлар, на дороге можно наблюдать интересное явление. На спуске одной из дорог можно выключить двигатель автомобиля и видеть, как стоящий на спуске автомобиль, постепенно набирая скорость, движется... вверх. Причем это явление наблюдалось как на середине подъема, так и в самом начале. Задача. Нарушается ли при этом закон сохранения энергии? Как изменяется потенциальная и кинетическая энергия автомобиля при этом явлении? 1.230 В России подлинным чудом природы является Долина гейзеров на Камчатке. У каждого из двадцати трех гейзеров долины свое имя: Непостоянный, Бурлящий, Розовый Конус, Тройной, Фонтан, Жемчужный... Как в громадной бочке, вокруг гейзера плещется кипящая вода. В течение трех-четырех минут с грохотом, толчками выбрасывается столб воды на высоту до 12 метров; затем интенсивность извержения ослабевает, уменьшается количество пара и высота фонтана. Задача. С какой скоростью выбрасывается вода из гейзера? Какой энергией должен обладать гейзер, чтобы выбросить центнер воды на указанную высоту? 1.231 При образовании рифели - мелкой волновой ряби на песке и снеге - средняя высота подъема переносимых ветром песчинок и ледяных кристаллов обычно 10-20 см, выше одного метра частицы редко поднимаются. Размеры находящихся на рифелях песчинок составляют 0,3-0,5мм, а льдинок 0,1-0,15 мм. Задача. Определите энергию, которая необходима ветру, чтобы поднять песчинку и льдинку на вышеуказанную высоту. Считайте, что песчинки имеют форму куба, а льдинки - форму шара. 1.232 Водопады возникают, когда русло речки пересекает каменный уступ. Постепенно подтачивая более мягкие породы, вода круто низвергается вниз. Самый высокий водопад в мире называется Анхель. Он находится в Венесуэле, его высота 1054метра. Крупнейший по водности водопад находится в США. Это Ниагарский водопад, его ширина 914метров, а высота - около 50метров. Водопад Виктория на реке Замбези в Африке имеет ширину 1800м и высоту 120м. Задача. Определите энергию, которой обладает 1кг воды, падающей в названных водопадах. Как изменяется энергия при падении воды? 1.233 27 августа 1883 года над Кракатау раздался невероятный взрыв. Вулканические газы, песок и крупные обломки взлетали на высоту тридцати километров, а пепел поднялся более чем на семьдесят! Грохот взрыва был слышен за три с половиной тысячи километров - на острове Шри-Ланка и в центре Австралии. Он донесся даже до острова Родригес, расположенного на востоке Индийского океана в пяти тысячах километров от Кракатау. На острове Ява даже в ста пятидесяти километрах от вулкана взрывная волна срывала с петель двери, а со стен от ее удара осыпалась штукатурка. Через час после взрыва Джакарта, до которой от вулкана двести километров, погрузилась во мрак, так как тучи пепла полностью скрыли солнце. Задача. Расскажите о превращениях энергии. С какой скоростью должен был вылетать осколок из кратера вулкана, чтобы подняться на высоту 30 метров? Какие превращения энергии при этом происходили? 1.234 Из всех атмосферных явлений тяжелее всего в Сахаре путешественник переносит продолжительные бури. Ветер пустыни, горячий и сухой, причиняет лишения, даже когда он прозрачен. Но еще труднее приходится путникам, когда он несет пыль или мелкие песчинки. Пыльные бури случаются чаще, чем песчаные. Сахара - самое пыльное место на Земле. Бури в Сахаре обладают необычайной силой. Скорость ветра достигает иногда 50 м/с (ветер со скоростью 30 м/с - это ураган). Караванщики рассказывают, что иной раз тяжелые верблюжьи седла массой 15кг уносит ветром за двести метров, а камни величиной с куриное яйцо катятся по земле, как горох. Задача. Определите работу сил сопротивления при передвижении ураганным ветром седла. 1.235 Почему вытянутой рукой нельзя удержать такой же груз, как и согнутой? 1.236 Почему в реке с илистым дном мы больше вязнем на мелком месте, чем на глубоком? 1.237 Для чего некоторые рыбы при быстром движении прижимают к себе плавники? 1.238 Почему взмах руками, сделанный спортсменом в момент прыжка, увеличивает высоту и длину прыжка? 1.239 Почему человек может поскользнуться, наступив на твердую сухую горошину? 1.240 Почему человек, несущий груз на спине, наклоняется вперед? 1.241 Каким образом возникает звук при стрекотании сверчка? 1.242 Что необходимо предпринять, чтобы при сильном ветре осенью с крыши домов не срывалась черепица? 1.243 Почему сильный ветер ломает летом деревья чаще, чем зимой? 1.244 Прыгательные конечности кузнечика бывают очень длинными. Почему? 1.245 Какое из деревьев: ель или сосна в более устойчивом состоянии? 1.246 Многие наблюдали весеннее чудо, когда нежные ростки растений взламывают асфальт толщиной 10 см и выбиваются к свету и солнцу. Объясните это явление. 1.247 Если настенные маятниковые часы отстают, то что необходимо сделать, чтобы восстановить правильность хода? 1.248 Почему при некоторой скорости движения оконные стекла в автобусе начинают дребезжать? 1.249 Где на Земле тела легче всего? Вопрос этот похож на загадку или загадку-шутку вроде вопросов: «Почему птица летает?» (По чему? По воздуху.) Но наш вопрос не совсем такого рода. Если хорошенько подумать, то на него можно дать вполне обоснованный ответ. Какой? 1.250 Как можно определить скорость движения поезда по стуку колес? 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 2.1 Все птицы - теплокровные животные. Температура тела у них постоянна. Она выше, чем у млекопитающих, и равна примерно 42°С, а у некоторых видов- 45-45,5°С. Тело покрыто перьями, а передние конечности превратились в орган полета - крылья. Вопрос. Какую роль играет сезонное изменение длины и густоты оперения? 2.2 Важнейшее влияние на длину вегетационного периода оказывают температурные условия. Известно, что многие виды и сорта южных растений (рис, сорго, перцы, баклажаны и др.) не могут произрастать на севере из-за недостатка тепла. Потребность растений в тепле принято выражать «суммой активных температур», т.е. суммой среднесуточных температур выше 10°С за вегетационный период. Так, в районах, где сумма активных температур равна 1000 - 1400°С, можно возделывать ранние сорта картофеля, корнеплодов; при 1400-2200°С - хлебные злаки, картофель, лен и др.; сумма активных температур 2200-3500°С соответствует зоне интенсивного плодоводства; в зоне с суммой температур более 4000°С растут субтропические многолетники. Вопрос. Если в жаркий день лист растения приложить к щеке (совсем не обязательно его срывать), то можно почувствовать, что он прохладный. Объясните, почему. 2.3 Мышки дрожат не только от холода, но и для того, чтобы согреться. При дрожании скелетных мышц тепла выделяется уж не так и много, но биохимические реакции выделения тепла резко ускоряются. Подрожит мышка, постучит зубками и запустит на полную мощность свою отопительную систему. Вопрос. А почему изменяется внутренняя энергия мышки? 2.4 Для сушки отсыревшей одежды и обуви, приготовления пищи, отпугивания животных в ночное время необходим костер. При отсутствии спичек огонь добывают с помощью простого приспособления из пяти бамбуковых планок длиной 40-50 см и шириной 5-8см. Приготовив из сухого бамбука планки, их острые края, чтобы не порезаться, затупляют ножом. Одну из них - стержень, заострив на конце, втыкают в землю примерно до половины длины. Четыре других складывают попарно выпуклой стороной наружу, поместив между каждой парой планок сухой трут. Затем делают на планках поперечные насечки и по ним, крепко прижимая планки к стержню, двигают вверх-вниз, пока трут не затлеет. Задача. Какие изменения энергии при этом происходят? За счет какой энергии нагревается трут? 2.5 Прижился на архипелаге Шпицберген завезенный сюда в 1920г. из Гренландии овцебык. Стадо этих могучих приземистых копытных, покрытых густой и длинной, до земли, шерстью, заметно выросло за последние годы, благо на Шпицбергене нет их главных врагов - волков. В суровые зимы самки овцебыков прячут маленьких детенышей у себя под брюхом, где в любую пургу тепло и уютно в пологе из шерсти. Задача. Почему же малышам под брюхом матери тепло и уютно, несмотря на отрицательную температуру воздуха? 2.6 Борьба с холодом, с воздействием низких температур - важнейшая проблема автономного существования человека в Арктике. Совершенно очевидно, что большую роль в предупреждении поражений холодом будет играть одежда. Чем она теплее, тем дольше может выдержать человек полярную стужу. Вопрос. Какими особенностями должна обладать одежда полярника? 2.7 Поскольку одежда может обеспечить сохранение тепла в организме лишь ограниченное время, людям, терпящим бедствие, следует поторопиться со строительством временного убежища. Лучшего строительного материала в Арктике, чем снег, не найти. Он легко поддается обработке. И самое главное, в убежищах из снега температура обычно на 15-20°С выше наружной. Вопрос. Почему снег сохраняет тепло? 2.8 У подножья горного массива Килиманджаро раскинулись обширные саванны, поросшие травой и редкими зонтичными акациями. Выше - та часть массива, куда по ущельям стекают воды тающих ледников, там располагаются кофейные и банановые плантации. Это самая населенная часть всего района. Начиная с высоты 1800м, Килиманджаро опоясывает густая и пышная зеленая чаща влажных экваториальных лесов. Здесь, в полосе, поднимающейся до отметки 3000м, каждый вечер неизменно сталкиваются холодный воздух, стекающий с вершины, и теплый, поднимающийся из долины. В результате на этом уровне ежедневно образуется пояс облаков и туманов, проливающийся на склоны обильными дождями. Вопрос. Объясните происхождение ветра около Килиманджаро. 2.9 Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 градусов. И чем севернее летает шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет - перегреваются. Задача. Почему шубка спасает шмелей от вымерзания? 2.10 Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах и образуют плотный шар. Прижавшись друг к другу, они всю зиму поддерживают температуру около 12°С. Таким образом, пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея. Задача. Объясните поведение пчел. 2.11 Теплоизоляция тела обеспечивается прослойкой неподвижного воздуха над поверхностью кожи (пограничный слой), а затем кожным и подкожным жиром. Перья, мех и одежда сохраняют пограничный слой воздуха. Степень достигаемой при этом теплоизоляции зависит от толщины воздушной прослойки. Задача. Объясните, почему воздух обладает теплоизоляцией. 2.12 Лоси хорошо приспособлены к суровым морозным и снежным зимам, тело их покрыто грубой шерстью. На верхней стороне шеи и холки длинные волосы образуют гриву, на горле свисает покрытый волосами вырост («серьга»). Вопрос. Почему грубая шерсть спасает лосей в лютые морозы? 2.13 Белого медведя часто называют неутомимым скитальцем Арктики. Чаще всего его можно увидеть неспешно бредущим среди бескрайних снежных полей или ледяных торосов. У этого громадного зверя железные мышцы. От холода его укрывает толстый слой жира и белая или чуть золотистая шкура с густой шерстью. Даже подошвы лап защищены мехом. Зверь способен вплавь в ледяной воде открытого океана покрывать расстояния в десятки километров. Вопрос. Что спасает белого медведя от замерзания в условиях Арктики? 2.14 Высокая температура окружающей среды, в особенности прямая солнечная радиация, вызывает в организме человека значительные изменения, иногда за относительно короткое время. Перегрев организма нарушает функции органов и систем, ослабляет физическую и психическую деятельность. Особенно опасно воздействие высоких температур при недостатке питьевой воды, ибо в этом случае наряду с перегревом развивается обезвоживание организма. Вопрос. Как изменяется внутренняя энергия в этом случае? 2.15 Известно, что даже в тропиках, где температура океанской воды относительно высока, время пребывания в ней человека ограничено. В результате теплообмена организм непрерывно теряет тепло, и температура тела, постепенно снижаясь, рано или поздно достигает критического предела, при котором невозможна жизнедеятельность органов и систем. При температуре воды 22°С человек за четыре минуты теряет около 100 калорий теплоты, то есть примерно столько же, сколько на воздухе при той же температуре за час. Задача. Какое количество теплоты теряет человек в Дж? На сколько градусов при этом охлаждается организм? Принять массу человека равной 70 кг. 2.16 В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что ее хватило бы для нагревания 20л воды от 10°С до кипения. Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение 8ч. достаточно, чтобы нагреть до кипения 100л воды. Задача. Какую энергию вырабатывает человеческое тело в покое и при восьмичасовой рубке дров? 2.17 Подводные извержения также представляют собой грозное и величественное зрелище. Однако наблюдать их от начала до конца удается, крайне редко. Исключением стала огненная эпопея у берегов Исландии в 1963г. В конце ноября с рыболовецкой шхуны на рассвете заметили столб дыма над океаном. К вечеру из воды показался черный островок. В центре его зиял кратер, из которого поток лавы, нагретый до 1200 градусов, низвергался огненным водопадом в океан. Вода кипела и бурлила. А над ней поднималось огромное облако. Скоро оно достигло высоты в десять километров и закрыло солнце. В черных тучах пепла сверкали молнии. На следующий день полился черный дождь из воды и пепла. Задача. Какое количество теплоты отдавала лава воде, остывая на 200°С, если удельная теплоемкость лавы около 800 Дж/кг°С? 2.18 Климат пустынь характеризуется высокими температурами воздуха. Средняя температура в тени в летнее время превышает 25°С, нередко достигает 50°С. Максимальная температура +58°С была зарегистрирована в Эз-Завии в Ливии. Чрезвычайно велика интенсивность прямой солнечной радиации, что связано с большой прозрачностью воздуха и малой облачностью. Под солнечными лучами почва прогревается до 70-80°С. Металлические предметы настолько раскаляются, что прикосновение к ним может вызвать ожог. Задача. Какую энергию поглощает 1м3 воздуха при нагревании на 10°С? 2.19 Солнце регулирует всю жизнь Сахары. Излучение его, учитывая редкую облачность, малую влажность воздуха и отсутствие растительности, достигает очень высоких значений. Для суточных температур здесь характерны большие скачки. Разница между дневной и ночной температурой достигает 30°С. Порой ночью в феврале случаются заморозки, а на Ахаггаре или Тибести температура может опуститься до 18°С. Задача. Какое количество теплоты получает воздух массой 1кг в течение суток при нагревании на 30°С? 2.20 Озерная вода не только поглощает тепло, но и возвращает его обратно в более холодные слои воздуха при испарении. Таким образом, озеро в теплое время года собирает солнечное тепло, нагревающее воду, а в холодное - отдает его атмосфере, смягчая климат прилегающих к нему территорий. Так, на берегах Байкала летом воздух охлаждается, а зимой его температура повышается по сравнению с соседними районами на 10-15°С, благодаря этому резко континентальный сибирский климат здесь значительно мягче. Летом тепло не проникает на большую глубину, а сосредоточивается в поверхностном слое воды толщиной от 5 до 15м, реже до 25м. Благодаря перемешиванию воды в этом слое поддерживается одинаковая температура. Задача. Сколько энергии отдает 1л воды воздуху при остывании на 10°С? 2.21 У подножья второй по высоте вершины Пиренеев - Монте-Перидо, достигающей высоты 3356м и всего полсотни метров уступающей пику Ането, расположен цирк Гаварни. Со скальных стен Гаварни, вздымающихся на 500-600м над дном цирка, падают вниз целых двенадцать водопадов. Большинство из них уже метрах в ста от дна рассыпаются в мелкую водяную пыль, облаком висящую над цирком. Лишь воды самого высокого и мощного из «великолепной дюжины» долетают до земли, преодолев прыжками 422 метра в свободном полете. Вопрос. Как изменяется температура воды, если считать, что вся энергия пошла на нагревание воды? 2.22 Жара - это первое, что приходит на ум, когда говорят о пустыне. Температура в тени в пустыне достигает 50°С и более, почва при этом прогревается до 70-80°С. Для того, чтобы запечь яйцо, не нужна сковородка: достаточно закопать его в горячий песок. Металл на солнце раскаляется так, что прикосновение к нему вызывает сильные ожоги. Вопрос. До какой температуры нагревается стальной лист массой 1кг, если при нагревании он поглощает 100000 Дж энергии? Начальная температура воздуха 50°С. 2.23 Высокая температура воздуха, интенсивная солнечная радиация, сильные ветры, отсутствие водных источников создают крайне неблагоприятные условия для автономного существования человека в пустыне. Известно, что в пустыне организм человека получает извне огромное количество тепла - более 300 ккал/час. Оно поступает со всех сторон: с потоком солнечных лучей, от пылающего жаром песка и знойного ветра. Вопрос. На сколько градусов нагреется песок массой 1 т в течение часа, если за это время он поглощает 3318 ккал энергии? Удельная теплоемкость песка 0,79кДж/(кг∙К). 2.24 Физические параметры, характеризующие организм человека, приведены в таблице.
Задание. Составьте задачи по этим значениям. 2.25 Японская автомобильная фирма «Мазда» еще в первой половине 90-х годов сконструировала и испытала первый в мире автомобиль с водородным двигателем. Он может преодолевать без дозаправки 230 км и развивать скорость до 170 км/час. Автомобиль снабжен не обычным, а роторным двигателем мощностью в 130л.с. В 1996 году автомобиль на водородных топливных элементах выпустил германский автомобильный концерн «Даймлер-Бенц». Задача. В чем преимущество водорода по сравнению с остальными видами топлива? 2.26 Оказаться в тайге без сухих спичек или без зажигалки рискованно. Но, если их все-таки нет, опытный путешественник сумеет раздобыть огонь одним из самых древних способов, например, высекая искры ударами обуха топора по кремнию или твердому камню. Может пригодиться и опыт далеких предков, которые получали огонь трением, быстро вращая деревянную палочку в углублении на сухой дощечке или бревне. В солнечный день придет на выручку увеличительное стекло, в качестве которого можно использовать объектив фотоаппарата или два сложенных вместе стекла от часов, между которыми налита вода. Вопрос. Какие превращения энергии происходят при добыче огня с помощью топора и камня; с помощью быстро вращающейся палочки? 2.27 Для обогрева временного убежища в Арктике, для приготовления пищи, таяния снега и кипячения воды используют самые различные средства: стеариновые свечи и таблетки сухого спирта, жир добытых на охоте тюленей, моржей, белых медведей, карликовые деревца, торфяной дерн, сухую траву, плавник (выброшенные на берег стволы и крупные ветви деревьев). Торфяной дерн предварительно нарезают брикетами и подсушивают, а сухую траву обязательно связывают в пучки. Вопрос. Во сколько раз при горении торфа выделяется больше тепла, чем при горении сухой травы такой же массы? 2.28 Среди необычных растений выделяется неопалимая купина. Поднесите к ней горящую спичку, и куст вспыхнет ярким пламенем. Вспыхнет и тут же погаснет. Зеленые листья при этом остаются не тронутыми огнем. Секрет «неопалимой» давно раскрыт - это эфироносное растение. Листья его выделяют летучие вещества, которые вспыхивают и горят, словно порох. А если вы прикоснетесь к этим листьям голой рукой, то мелкие эфирные капельки обожгут кожу. Горящее и несгорающее растение, конечно же, почиталось как чудесное, священное. Недаром о неопалимом кустарнике рассказывает Библия. Задача. Объясните, почему при горении эфирных веществ листва неопалимой купины не подвергается термическим ожогам? Рассчитайте, сколько энергии выделяется при горении 1г эфира? 2.29 Удельная теплота сгорания пищевых продуктов.
Вопрос. Энергетические траты человеческого организма при умеренной физической работе составляют 3000 ккал. Составьте примерный рацион на день из вышеуказанных продуктов. жүктеу/скачать 0.64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|