نمونه سوال فصل ۴ فیزیک دهم با جواب

مقدار معیّنی آب شیرین را بدون تغییر حالت و بدون کم شدن جرم، به‌آرامی از $8^\circ\mathrm{C}$ به $2^\circ\mathrm{C}$ می‌رسانیم. کدام گزینه تغییرات حجم و چگالی این آب را در طول فرایند درست توصیف می‌کند؟

دمای اولیهٔ جسمی بر روی یک دماسنج فارنهایت، $50^\circ\mathrm{F}$ است. اگر جسم $9.0\,\mathrm{kJ}$ گرما بگیرد و ظرفیت گرمایی آن در این فرایند ثابت و برابر $450\,\mathrm{J/K}$ باشد، دماسنج پس از گرم شدن جسم چه دمایی را نشان می‌دهد؟ جسم تغییر حالت نمی‌دهد.

چند مورد از گزاره‌های زیر دربارهٔ ذوب و انتقال گرما درست است؟
الف) افزایش فشار وارد بر یخ می‌تواند دمای آغاز ذوب آن را اندکی کاهش دهد.
ب) حجم هر جامد خالص و بلوری هنگام تبدیل شدن به مایع افزایش می‌یابد.
پ) وقتی جامدی خالص و بلوری در فشار ثابت، در دمای ذوب خود به‌تدریج مایع می‌شود، ثابت بودن دما نشان می‌دهد که گرمایی دریافت نمی‌کند.
ت) برای شیشه نمی‌توان همانند یک جامد خالص و بلوری، یک دمای معیّن را به‌عنوان نقطهٔ ذوب در نظر گرفت.

با افزایش دمای یک قطعهٔ جامد به اندازهٔ $20\,\mathrm{K}$، بدون تغییر جرم و حالت آن، چگالی قطعه به $\frac{500}{503}$ برابر مقدار اولیه می‌رسد. با معتبر دانستن رابطه‌های انبساط گرمایی کتاب، ضریب انبساط طولی این جامد کدام است؟

دو جسم الف و ب با دماهای اولیهٔ $20^\circ\mathrm{C}$ و $80^\circ\mathrm{C}$ در تماس قرار می‌گیرند و به دمای مشترک $40^\circ\mathrm{C}$ می‌رسند. سپس آن‌ها را جدا می‌کنیم، به هر کدام $600\,\mathrm{J}$ گرما می‌دهیم و دوباره در تماس قرار می‌دهیم. اگر ظرفیت گرمایی ب برابر $100\,\mathrm{J/K}$ باشد، کدام گزینه دربارهٔ تماس دوم درست است؟ ظرفیت‌های گرمایی ثابت‌اند، تغییر حالت رخ نمی‌دهد و جز گرمای داده‌شده، هیچ تبادل انرژی با محیط و ظرف وجود ندارد.

در بررسی نقش آب در دستگاه گرم‌کنندهٔ خانه، کدام گزاره از نظر مفهوم گرما و ویژگی گرمایی آب درست است؟

دو ظرف جامد $A$ و $B$ در دمای اولیه، هر یک گنجایش $500\,\mathrm{cm^3}$ دارند و با یک مایع یکسان کاملاً پر شده‌اند. دمای هر دو مجموعه را به اندازهٔ $40\,\mathrm{K}$ افزایش می‌دهیم. مایع از هر دو ظرف سرریز می‌شود، اما حجم سرریز از ظرف $A$ به اندازهٔ $1.2\,\mathrm{cm^3}$ بیشتر است. اگر ضریب انبساط طولی ظرف $A$ برابر $1.0\times10^{-5}\,\mathrm{K^{-1}}$ باشد، ضریب انبساط طولی ظرف $B$ کدام است؟ ضریب‌ها ثابت‌اند، تبخیر ناچیز است و برای هر ظرف رابطهٔ $\beta=3\alpha$ برقرار است.

سه جسم $A$، $B$ و $C$ به‌ترتیب با دماهای اولیهٔ $10^\circ\mathrm{C}$، $40^\circ\mathrm{C}$ و $70^\circ\mathrm{C}$ در یک محفظهٔ عایق با یکدیگر تماس گرمایی پیدا می‌کنند. ظرفیت گرمایی جسم $A$ دو برابر ظرفیت گرمایی جسم $C$ است و ظرفیت گرمایی جسم $B$ مقداری مثبت دارد. اگر تغییر حالت رخ ندهد و ظرفیت‌های گرمایی ثابت باشند، علامت گرمای مبادله‌شدهٔ اجسام از آغاز تماس تا رسیدن به تعادل، کدام است؟ ظرفیت گرمایی محفظه ناچیز است.

دو میلهٔ مسی و شیشه‌ای را جداگانه در نظر بگیرید که یک سر هرکدام گرم‌تر از سر دیگر است. کدام گزاره دربارهٔ رسانش گرمایی در این میله‌ها درست است؟

دو نمونهٔ جیوه و اتانول را، بدون تغییر حالت، گرم می‌کنیم. افزایش دمای جیوه دو برابر افزایش دمای اتانول است، اما افزایش حجم دو نمونه برابر می‌شود. نسبت حجم اولیهٔ جیوه به حجم اولیهٔ اتانول کدام است؟ ضریب انبساط حجمی جیوه و اتانول را به‌ترتیب $0.18\times10^{-3}\,\mathrm{K^{-1}}$ و $1.09\times10^{-3}\,\mathrm{K^{-1}}$ و در این فرایند ثابت در نظر بگیرید.

قطعه‌ای فلز داغ را در گرماسنجی حاوی آب می‌اندازیم. آب و گرماسنج در آغاز هم‌دما هستند و هیچ تبادل گرمایی با محیط رخ نمی‌دهد. ظرفیت گرمایی گرماسنج برابر یک‌چهارم ظرفیت گرمایی آب درون آن است. دانش‌آموزی با استفاده از دمای تعادل اندازه‌گیری‌شده، ولی با نادیده‌گرفتن گرمای دریافتی گرماسنج، گرمای ویژهٔ فلز را $400\,\mathrm{J/(kg\cdot K)}$ به دست می‌آورد. مقدار درست گرمای ویژهٔ فلز کدام است؟

باغبانی در یک شب سرد، درستی آب‌پاشی درختان را با بررسی ظاهر یخ روی شاخه‌ها ارزیابی می‌کند. اگر لایهٔ یخ شفاف باشد، کدام توضیح دربارهٔ چگونگی تشکیل این لایه و سازوکار حفاظت گیاه درست است؟

از کدام دماسنج، بدون تماس دماسنج با جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، استفاده می‌شود؟

یک بزرگراه از قطعه‌های بتونی به طول ۲۰ متر ساخته شده است. این بخش‌ها در دمای $10^\circ\mathrm{C}$، بتون‌ریزی شده‌اند. برای جلوگیری از تاب برداشتن بتون در دمای $40^\circ\mathrm{C}$، مهندسان باید چه فاصله‌ای برحسب میلی‌متر را بین این قطعه‌ها در نظر بگیرند؟ ($\alpha_{\text{بتون}}=1/4\times10^{-5}\,\mathrm{K^{-1}}$)

قطعه یخی به جرم $2\,\mathrm{kg}$ و دمای اولیه $-20^\circ\mathrm{C}$ را آنقدر گرم می‌کنیم تا تبدیل به آب $100^\circ\mathrm{C}$ شود، چند کیلوژول گرما لازم است؟ ($c_{\text{آب}}=4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$ و $c_{\text{یخ}}=2100\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$ و $L_f=336\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{g}}$)

مواد A و B، جامدهایی هستند که در دمای ذوب قرار دارند. ۴۰۰ گرم از مادهٔ A به $50\,\mathrm{kJ}$ گرما نیاز دارد تا ذوب شود و $3\,\mathrm{kg}$ از مادهٔ B به $150\,\mathrm{kJ}$ گرما نیاز دارد تا ذوب شود. گرمای نهان ذوب A چند برابر گرمای نهان ذوب B است؟

$300\,\mathrm{g}$ آب $70^\circ\mathrm{C}$ را در یک لیوان آلومینیومی ۱۲۰ گرمی که دمای آن $20^\circ\mathrm{C}$ است، می‌ریزیم. دمای نهایی پس از آنکه آب و لیوان به تعادل گرمایی برسند، چند درجهٔ سلسیوس است؟ (فرض کنید گرمایی با محیط مبادله نمی‌شود، $c_{\text{آب}} = 4187\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$ و $c_{\text{آلومینیم}} = 900\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$)

در ظرفی عایق حاوی ۵۲۰ گرم آب $15^\circ\mathrm{C}$، یک قطعه مس به جرم $100\,\mathrm{g}$ به دمای $50^\circ\mathrm{C}$ و یک قطعه فلز دیگر به دمای $60^\circ\mathrm{C}$ می‌اندازیم. پس از برقراری تعادل گرمایی، دمای تعادل به $20^\circ\mathrm{C}$ می‌رسد. با چشم‌پوشی از تبادل گرما بین ظرف و سایر اجسام، ظرفیت گرمایی فلز در SI چقدر است؟ ($c_{\text{آب}}=4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$ و $c_{\text{مس}}=400\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$)

دمای جسمی بر حسب درجهٔ فارنهایت، ۵ برابر دمای آن بر حسب درجهٔ سلسیوس است. این دما چند کلوین است؟

گرمایی که مقداری یخ $-10^\circ\mathrm{C}$ را تبدیل به آب $15^\circ\mathrm{C}$ می‌کند برابر گرمایی است که مقداری آب $10^\circ\mathrm{C}$ را به آب $60^\circ\mathrm{C}$ تبدیل می‌کند. جرم آب چند برابر جرم یخ است؟ ($L_F = 336\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{g}}$ و $c_{\text{آب}} = 2c_{\text{یخ}} = 4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.^\circ C}}$)

به دو کرهٔ توپُر آلومینیمی $A$ و $B$، به‌ترتیب $5\,\mathrm{kJ}$ و $20\,\mathrm{kJ}$ گرما می‌دهیم. اگر افزایش دمای کرهٔ $A$، دو برابر افزایش دمای کرهٔ $B$ باشد، شعاع کرهٔ $B$ چند برابر شعاع کرهٔ $A$ است؟

$4\,\mathrm{kg}$ آب را درون یک کتری برقی با توان الکتریکی $2\,\mathrm{kW}$ می‌ریزیم و آن را روشن می‌کنیم. از شروع جوشیدن تا تبخیر همهٔ آب درون کتری، این فرایند چند دقیقه طول می‌کشد؟ (فرض کنید تمام انرژی الکتریکی تبدیل‌شده به انرژی گرمایی، به آب می‌رسد. $L_V=2256\,\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{kg}}$)

طول دو میلهٔ مسی و آهنی در دمای صفر درجهٔ سلسیوس، هر یک برابر ۰/۵ متر است. دمای میله‌ها را تا چند درجهٔ سلسیوس افزایش دهیم تا اختلاف طول آنها به ۰/۳ میلی‌متر برسد؟ (ضریب انبساط طولی مس و آهن در SI به‌ترتیب $1/8\times10^{-5}$ و $1/2\times10^{-5}$ است.)

در ظرفی یک قطعه یخ صفر درجهٔ سلسیوس وجود دارد. اگر ۸۰۰ گرم آب ۲۰ درجهٔ سلسیوس در ظــرف وارد کنــیم و فقط بین آب و یخ تبادل گرما صورت گیرد، پس از برقراری تعادل گرمایی، $\frac{1}{3}$ جرم قطعه یخ در ظرف باقی می‌ماند، جــرم اولیهٔ قطعه یخ چند گرم بوده است؟ ($C_{آب}=4200\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg.K}}$ و $L_f=336000\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg}}$)

به دو جسم هم حجم $\mathbf{A}$ و $\mathbf{B}$ گرمای مساوی داده‌ایم. اگر گرمای ویژهٔ $\mathbf{A}$ دو برابر گرمای ویژهٔ $\mathbf{B}$ و همچنین چگالی $\mathbf{A}$ دو برابر چگالی $\mathbf{B}$ باشد، تغییر دمای جسم $\mathbf{A}$ چند برابر تغییر دمای جسم $\mathbf{B}$ است؟