Какое свойство отличает монокристалл от аморфного тела

Контрольная работа по физике Термодинамика 10 класс с ответами. Контрольная работа представлена в 5 вариантах, в каждом варианте по 8 заданий.

Вариант 1

A1. Перед горячей штамповкой латунную болванку массой 3 кг нагрели от 15 °С до 75 °С. Какое количество теплоты получила болванка? Удельная теплоемкость латуни 380 Дж/(кг·К).

1) 47 кДж
2) 68,4 кДж
3) 760 кДж
4) 5700 кДж

А2. Что характерно для кристаллических тел?

А) обладают анизотропией
Б) сохраняют форму
В) сохраняют объем
Г) переходят в жидкое состояние только при определенной температуре — температуре плавления

1) А
2) А, Б
3) А, Б, В
4) А, Б, В, Г

А3. На рисунке приведены графики изменения со временем температуры четырех веществ. В начале нагревания все эти вещества находились в жидком состоянии. Какое из веществ имеет наибольшую температуру кипения?

Рисунок к заданию А3 вариант 1

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

А4. Какая работа совершается газом при переходе его из состояния 1 в состояние 2?

Рисунок к заданию А4 вариант 1

1) 8 кДж
2) 12 кДж
3) 8 Дж
4) 6 Дж

А5. Тепловая машина с КПД равным 60% за некоторое время получает от нагревателя количество теплоты равное 50 Дж. Какое количество теплоты машина отдает за это время окружающей среде?

1) 20 Дж
2) 30 Дж
3) 50 Дж
4) 80 Дж

B1. Какое количество дров потребуется, чтобы вскипятить 50 кг воды, имеющей температуру 10 °С, если КПД нагревателя 25%? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К), удельная теплота сгорания дров 10 МДж/кг.

В2. Установите соответствие между особенностями применения первого закона термодинамики к различным изопроцессам и названием изопроцесса.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ

А) все переданное газу количество теплоты идет на изменение внутренней энергии газа
Б) изменение внутренней энергии газа происходит только за счет совершения работы, так как теплообмен с окружающими телами отсутствует
В) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы, а внутренняя энергия газа остается без изменения

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) изотермический
2) изобарный
3) изохорный
4) адиабатный

C1. В калориметре находился лед при температуре (-5 °С). Какой была масса льда, если после добавления в калориметр 4 кг воды, имеющей температуру 20 °С, и установления теплового равновесия температура содержимого калориметра оказалась равной 0 °С, причем в калориметре была только вода? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К), льда 2100 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

Вариант 2

A1. Какую массу воды можно нагреть от 20 °С до кипения, передав жидкости 672 кДж теплоты? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К).

1) 2 кг
2) 8 кг
3) 15 кг
4) 80 кг

А2. Какие из приведенных свойств, принадлежат всем твердым телам?

А) имеют определенный объем
Б) имеют кристаллическую решетку
В) принимают форму сосуда
Г) легко сжимаются

1) А
2) Б
3) В
4) Г

А3. На рисунке показан график зависимости температуры Т эфира от времени t его нагревания и охлаждения. Какой участок графика соответствует процессу кипения эфира?

Рисунок к заданию А3 вариант 2

1) 1-2
2) 2-3
3) 1-2-3
4) 3-4

А4. При изотермическом уменьшении давления одного моля идеального одноатомного газа его внутренняя энергия

1) увеличивается или уменьшается в зависимости от исходного объема
2) увеличивается
3) уменьшается
4) не изменяется

А5. Работа газа за термодинамический цикл 1-2-3-4 равна

Рисунок к заданию А5 вариант 2

1) 100 кДж
2) 200 кДж
3) 300 кДж
4) 400 кДж

B1. Какое количество каменного угля необходимо для нагревания от 10 °С до 50 °С кирпичной печи массой 1,2 т, если КПД печи 30%? Удельная теплоемкость кирпича 750 Дж/(кг·К), удельная теплота сгорания каменного угля 30 МДж/кг.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ

А) все переданное газу количество теплоты идет на изменение внутренней энергии газа
Б) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы, а внутренняя энергия газа остается без изменения
В) изменение внутренней энергии газа происходит только за счет совершения работы, так как теплообмен с окружающими телами отсутствует

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) адиабатный
2) изобарный
3) изотермический
4) изохорный

C1. В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий 150 г воды, опустили кусок льда, имевший температуру 0 °С. Начальная температура калориметра с водой 25 °С. Тепловое равновесие наступает при температуре 5 °С. Рассчитайте массу льда. Удельная теплоемкость меди 390 Дж/(кг·К), удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 3,35 · 105 Дж/кг. Потери тепла в калориметре считать пренебрежимо малыми.

Вариант 3

A1. На сколько градусов понизится температура 5 л воды, если она отдаст в окружающее пространство 168 кДж энергии? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К).

1) 80 °С
2) 10 °С
3) 20 °С
4) 8 °С

А2. Что характерно только для аморфных тел?

А) не имеют кристаллической решетки
Б) постепенно переходят из твердого состояния в жидкое
В) обладают анизотропией
Г) сохраняют форму и объем

1) А
2) А, Б
3) А, Б, Г
4) А, Б, В, Г

А3. Четыре разных вещества в газообразном состоянии поместили в сосуды и стали охлаждать. На рисунке показаны графики зависимости температуры этих веществ Т от времени t. Количество вещества во всех сосудах одинаково, мощности тепловых потерь равны. Максимальное изменение энергии взаимодействия частиц при конденсации происходит у вещества

Рисунок к заданию А3 вариант 3

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

А4. Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на графике зависимости давления газа от объема. Работа, совершенная газом, равна

Рисунок к заданию А4 вариант 3

1) 1/2pV
2) pV
3) 2pV
4) 4pV

А5. Тепловая машина с КПД 20% за цикл работы отдает холодильнику количество теплоты, равное 80 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

1) 100 Дж
2) 64 Дж
3) 20 Дж
4) 16 Дж

B1. В электрочайник налили 0,16 л воды при температуре 30 °С и включили его. Через какое время после включения выкипит вся вода, если мощность чайника 1 кВт, его КПД 0,8? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К). Удельная теплота парообразования воды 2256 кДж/кг.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ

А) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы, а внутренняя энергия газа остается без изменения
Б) все переданное газу количество теплоты идет на изменение внутренней энергии газа
В) изменение внутренней энергии газа происходит только за счет совершения работы, так как теплообмен с окружающими телами отсутствует

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) адиабатный
2) изотермический
3) изобарный
4) изохорный

C1. В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий воду массой 200 г, опустили кусок льда, имеющий температуру 0 °С. Начальная температура калориметра с водой равна 30 °С. После того как весь лед растаял, температура воды и калориметра стала равна 5 °С. Определите массу льда. Удельная теплоемкость меди равна 390 Дж/(кг·К), удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг. Потери тепла калориметра считать пренебрежимо малыми.

Вариант 4

A1. Для получения 1800 Дж теплоты 200 г железа нагрели на 20 °С. Какова удельная теплоемкость железа?

1) 450 Дж/(кг·К)
2) 1300 Дж/(кг·К)
3) 1800 Дж/(кг·К)
4) 180 Дж/(кг·К)

А2. Какое свойство отличает кристаллическое тело от аморфного?

1) анизотропность
2) прозрачность
3) твердость
4) прочность

А3. На графике показаны кривые нагревания двух жидкостей одинаковой массы при постоянной мощности подводимого тепла. Отношение температур кипения первого вещества к температуре кипения второго вещества равно

Рисунок к заданию А3 вариант 4

1) 1/3
2) 1/2
3) 2
4) 3

А4. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа в закрытом сосуде уменьшилась в 2 раза. При этом температура газа

1) не изменилась
2) повысилась в 4 раза
3) понизилась в 2 раза
4) понизилась в 4 раза

А5. В двух сосудах находится одинаковое количество азота. С газом в сосудах происходят процессы, показанные на рV-диаграмме. Сравните работы, совершенные над газами в сосудах.

Рисунок к заданию А5 вариант 4

1) A1 > A2
2) A1A2
3) A1 = A2 > 0
4) A1 = A2 = 0

B1. В электрический кофейник налили воду объемом 0,8 л при температуре 30 °С и включили нагреватель. Через какое время после включения выкипит вся вода, если мощность нагревателя 1 кВт, КПД нагревателя 0,8? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К). Удельная теплота парообразования воды 2256 кДж/кг.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ

А) изменение внутренней энергии газа происходит только за счет совершения работы, так как теплообмен с окружающими телами отсутствует
Б) все переданное газу количество теплоты идет на изменение внутренней энергии газа
В) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы, а внутренняя энергия газа остается без изменения

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) изохорный
2) адиабатный
3) изотермический
4) изобарный

C1. В калориметре находился 1 кг льда. Какой была температура льда, если после добавления в калориметр 15 г воды, имеющей температуру 20 °С, в калориметре установилось тепловое равновесие при (-2 °С)? Теплообменом с окружающей средой и теплоемкостью калориметра пренебречь. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К), льда 2100 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

Вариант 5

A1. До какой температуры остынут 8 л кипятка, отдав в окружающее пространство 1680 кДж энергии? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К).

1) 50 °С
2) 10 °С
3) 95 °С
4) 20 °С

А2. Какое свойство отличает монокристалл от аморфного тела?

1) Прочность
2) Электропроводность
3) Прозрачность
4) Анизотропность

А3. Четыре разных вещества в газообразном состоянии поместили в сосуды и стали охлаждать. На рисунке показаны графики зависимости температуры этих веществ Т от времени t. Количество вещества во всех сосудах одинаково, мощности тепловых потерь равны. Минимальное изменение энергии взаимодействия частиц при конденсации происходит у вещества

Рисунок к заданию А3 вариант 5

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

А4. Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры в 2 раза при неизменном давлении?

1) увеличивается в 2 раза
2) уменьшается в 2 раза
3) увеличивается или уменьшается в зависимости от скорости изменения объема
4) не изменяется

А5. Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на графике зависимости давления газа от объема. Работа, совершенная газом, равна

Рисунок к заданию А5 вариант 5

1) pV
2) 2pV
3) 4pV
4) 6pV

B1. В электрический кофейник налили воду объемом 0,45 л при температуре 30 °С и включили нагреватель. Через какое время после включения выкипит вся вода, если мощность нагревателя 1 кВт, КПД нагревателя 0,9? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К). Удельная теплота парообразования воды 2256 кДж/кг.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

1) изотермический
2) изобарный
3) изохорный
4) адиабатный

C1. Свинцовую дробь, нагретую до 100 °С, в количестве 100 г смешивают с 50 г льда при 0 °С. Какой будет температура смеси после установления теплового равновесия? Удельная теплоемкость свинца равна 130 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

Ответы на контрольную работу по физике Термодинамика 10 класс
Вариант 1
А1-2
А2-4
А3-1
А4-2
А5-1
В1. 7,56 кг
В2. А3 Б4 В1
С1. 0,9868 кг
Вариант 2
А1-1
А2-1
А3-2
А4-4
А5-2
В1. 4 кг
В2. А4 Б3 В1
С1. 0,0398 кг
Вариант 3
А1-4
А2-3
А3-2
А4-4
А5-3
В1. 510 с
В2. А2 Б4 В1
С1. 0,0065 кг
Вариант 4
А1-1
А2-1
А3-3
А4-3
А5-4
В1. 2550 с
В2. А2 Б1 В3
С1. -4,99 °С
Вариант 5
А1-1
А2-4
А3-1
А4-1
А5-3
В1. 1275 с
В2. А1 Б3 В4
С1. 0 °С

Источник

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

СИММЕТРИЯ

Лекция 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ И СВОЙСТВАХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ

Содержание

1.1. Кристаллография как наука.

1.2. Виды твёрдых тел.

1.3. Отличительные особенности кристаллических и аморфных тел.

1.4. Особые свойства кристаллов.

1.5. Виды связей в кристаллах.

1.6. Силы взаимодействия частиц.

1.7. Кристаллическая решётка. Элементарная ячейка.

1.8. Индексы Миллера.

1.9. Рентгеноструктурный анализ.

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ КАК НАУКА

Кристаллография– наука об атомно-молекулярном строении, симметрии, физических свойствах, образовании и росте кристаллов. Как самостоятельная наука существует с середины XVIII века. Сначала она развивалась как геометрическая кристаллография в тесной связи с минералогией, которая устанавливала закономерности огранки природных кристалликов, имеющих естественную форму правильных многогранников (Р. Гаюи). Затем появилась теория симметрии внешней формы кристаллов (А.В. Гадолини).

Геометрическая кристаллографияопределяет совокупность методов описания кристаллов и закономерности их огранки. В этой теории возникла гипотеза об упорядоченном трёхмерно-периодическом расположении частиц в кристалле с образованием кристаллической решётки (О. Браве, Е.С. Фёдоров, А. Шёнфлис).

Экспериментальными исследованиями дифракции рентгеновских лучей на кристаллах было подтверждено решёточное строение кристаллов и положено начало структурной кристаллографии(М. Лауэ). В качестве основных структурная кристаллографияиспользует метод рентгеноструктурного анализа, электроно- и нейтронографии, а также методы оптической и электронной спектроскопии. В результате всех исследований к настоящему времени определена структура более 105химических веществ.

Предметом кристаллохимии является изучение законов взаимного расположения атомов и молекул в кристаллах, их химических связей и плотнейших упаковок, а также явлений изо- и полиморфизма.

Кристаллооптика занимается вопросами прохождения света через прозрачные анизотропные кристаллы, сформулировала многие закономерности взаимного влияния симметрии и анизотропии физических свойств.

Кристаллофизикарассматривает в едином русле форму, симметрию и физические свойства кристаллов; занимается вопросами исследования механических, оптических, электрических, магнитных и других свойств кристаллов. В этой части кристаллография смыкается с физикой твёрдого тела.

В кристаллографии изучаются разнообразные дефекты построения идеальной кристаллической решётки: точечные, линейные (дислокации), поверхностные и объёмные. Многие из них появляются в результате роста кристалла или при внешнем воздействии на кристалл напряжением, облучением и т. д.

Для современной кристаллографиихарактерно дальнейшее изучение атомной и дефектной структур кристаллов, процессов их роста, поиск новых свойств и материалов. Основная задача кристаллографии как науки на сегодняшний день – получение новых материалов с важными физическими свойствами. К решению этой задачи необходимо подходить комплексно, рассматривая атомную структуру, анизотропию свойств, взаимодействие кристаллов с окружающей средой в их взаимодействии.

В современной кристаллографии исследуются строение и свойства различных агрегатов из микрокристалликов (поликристаллов, текстур, керамик), а также вещества с атомной упорядоченностью, близкой к кристаллической (жидкокристаллические вещества, полимерные и композиционные материалы).

Симметричные и структурные закономерности, изучаемые в кристаллографии, используются при рассмотрении общих закономерностей строения и свойств аморфных тел и жидкостей, полимеров, квазикристаллов, макромолекул, надмолекулярных аморфно-кристаллических, а также биологических структур. Поэтому современная кристаллография представляет собой обобщённую кристаллографию,математический аппарат которой основан на дискретной геометрии, теории групп, тензорном исчислении и теории преобразований Фурье.

ВИДЫ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Твёрдое телосостоит из большого числа частиц. Этими частицами могут быть атомы, атомные остатки, ионы, молекулы, макромолекулы. Концентрация частиц в твёрдых телах высока: (1026 – 1029) м-3 . Расстояния между частицами составляют несколько нанометров.

Структуру твёрдых телисследуют дифракционными методами, основанными на дифракции рентгеновских лучей, электронов, нейтронов, используя при этом стандартные установки: рентгеновский дифрактометр, электронный микроскоп, ионный проектор и др. Физика твёрдого тела и кристаллография имеют прямое отношение к нанотехнологиям (рис. 1.1). Нанотехнологии разрабатываются на эффектах, возникающих на уровне атомных размеров.

Свойства твёрдых телобъясняются многими факторами и зависят от химического состава вещества, типа частиц, их внутреннего расположения, типа химической связи между частицами.

Свойства кристаллов широко применяются в оптике, акустике, радиоэлектронике, металловедении, металлургии, химии, медицине. Твёрдые тела встречаются в природе в виде кристаллических и аморфных тел, а также полимеров. В физике к твёрдым телам относят только кристаллические тела.

Рис. 1.1. Электронная микрофотография структуры алмаза вдоль направления [110]

Кристаллы– твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодической атомной структурой и имеющие при равновесных условиях образования естественную форму правильных симметричных многогранников. Атомная структура кристалла описывается как совокупность повторяющихся в пространстве одинаковых элементарных ячеек, имеющих форму параллелепипеда. Кристаллы, выросшие в равновесных условиях, имеют форму правильных многогранников той или иной симметрии. Грани кристалла плоские, а рёбра между гранями — прямолинейные. Выросшие в неравновесных условиях кристаллы не имеют правильной огранки, но сохраняют кристаллическую структуру и все присущие данной структуре свойства. Неравновесные условия кристаллизации приводят к отклонениям только формы от правильного многогранника – к округлости граней и рёбер. Примерами кристаллических тел являются горный хрусталь, поваренная соль, драгоценные камни.

В кристаллахчастицы расположены правильными, симметричными, периодически повторяющимися рядами, сетками, решётками. Кристаллы вырастают в форме многогранников (рис. 1.2). Способность кристалла приобретать конкретную форму – это проявление его физических свойств, определяющихся его структурой, симметрией и химическими связями между его частицами.

Рис. 1.2. Внешний вид кристаллических тел

Кристаллические тела встречаются в природе в виде моно- и поликристаллов. Монокристаллы(большие одиночные кристаллы) получают при создании специальных условий кристаллизации (рис. 1.3).

Рис. 1.3.Монокристаллы кремния

Монокристалл состоит из блоков мозаики,размер которых в монокристалле составляет (10–6–10–8) м. Так как кристаллическая решетка в соприкасающихся блоках имеет различную ориентацию, то возникает переходный слой, в котором решетка постепенно переходит от одной ориентации, свойственной одному блоку, к другой ориентации, свойственной другому блоку. Поэтому решетка в этом слое искажена по сравнению с решеткой идеального кристалла. Поликристаллсостоит из беспорядочно ориентированных кристалликов (кристаллитов) малых размеров (рис. 1.2, справа). Размер кристаллитов порядка 10–4 м.

Аморфные тела– вещества, в атомном строении которых нет порядка: частицы расположены беспорядочно, независимо друг от друга (воск, пластилин). Отличительной особенностью аморфных тел является изотропностьвсех физических и механических свойств.

Полимерысостоят из многочисленных звеньев одинакового химического состава – макромолекул. Например, полимерным материалом является политетрафторэтилен, химическая формула которого (СF2)n, где n = 13.

К особым видам твёрдых тел относятся жидкокристаллические тела,нашедшие широкое применение в телевидении и сотовой связи, и закристаллизованные жидкости,которые обладают особыми свойствами.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ ТЕЛ

Рассмотрим некоторые свойства твёрдых тел, которые характеризуют их как кристаллические или аморфные тела.

1. Кристаллыимеютупорядоченное расположение частиц на сколь угоднобольших расстояниях. Частицы расположены в узлах кристаллической решётки.Аморфные тела имеют упорядоченноерасположение частиц на небольших расстояниях (в так называемых группах) (рис.1. 4). Расположение частиц в веществе характеризуется наличием дальнего и ближнего порядков.

Рис. 1.4. Вещество H2O в двух агрегатных состояниях: воды (1) и льда (2)

2. Дальний порядок– упорядоченное расположение частиц на сколь угодно больших расстояниях от рассматриваемой частицы.

– характеризуется коэффициентом α.

Ближний порядок– упорядоченное расположение частиц на малых расстояниях от рассматриваемой частицы.

– характеризуется коэффициентом β.

Агрегатное состояние вещества	коэффициент дальнего порядка α	коэффициент ближнего порядка β
кристаллические тела	1	1
аморфные тела	< 1	> 0
жидкости	0	1
газы	0	0

3. Кристаллические и аморфные тела различаются ходом температурной зависимости температуры плавления.

4. Для кристаллов характерно наличие анизотропии. Анизотропия– зависимость свойств вещества от направления в кристалле. Например, слюда по-разному разламывается в различных направлениях. Анизотропией диэлектрической проницаемости объясняется существование в кристаллах турмалина двойного лучепреломления (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Двойное лучепреломление в кристалле турмалина

Обладают анизотропией очень многие физические и механические свойства кристаллических тел, например: теплопроводность, электропроводность, скорость света, двойное лучепреломление. Аморфные тела изотропны,у них свойства одинаковы по всем направлениям в веществе. Примером является пластилин, который легко сжимается в любых направлениях.

Источник