دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · فیزیک

سوال ۷۳ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۷۳ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۷۳ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · سوال ۷۳ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۴: دما و گرما

مقداری بنزین در مخزن استوانه‌ای به ارتفاع ۵ m ریخته شده است. در دمای 263 K263\,\mathrm{K}، فاصلهٔ بین سطح بنزین تا بالای ظرف برابر ۲۵ cm است. حداقل در چه دمایی برحسب درجهٔ فارنهایت بنزین از ظرف سرریز می‌شود؟
(ضریب انبساط حجمی بنزین 10−3 1K10^{-3}\,\frac{1}{\mathrm{K}} است و از انبساط ظرف صرف‌نظر شود.)

  1. گزینهٔ ۱: ۱۰۴
  2. گزینهٔ ۲: ۹۶
  3. گزینهٔ ۳: ۱۲۲
  4. گزینهٔ ۴: ۱۴۰
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

۱. شرط آغاز سرریز
طبق رابطهٔ انبساط حجمی، افزایش حجم مایع از رابطهٔ ΔV=βV0ΔT\Delta V=\beta V_0\Delta T به دست می‌آید؛ در مثال سرریز مایع نیز افزایش حجم مایع با گنجایش ظرف مقایسه می‌شود (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۹۴). در این سؤال، گنجایش ظرف ثابت است؛ پس در آستانهٔ سرریز، افزایش حجم بنزین باید برابر حجم فضای خالی باشد.

۲. محاسبه با ارتفاع واقعی بنزین
ارتفاع فضای خالی 25 cm=0.25 m25\,\mathrm{cm}=0.25\,\mathrm{m} و ارتفاع اولیهٔ بنزین برابر است با:
h0=5−0.25=4.75 mh_0=5-0.25=4.75\,\mathrm{m}.
اگر مساحت قاعدهٔ مخزن را AA بنامیم، داریم:
V0=A(4.75 m),ΔV=A(0.25 m)V_0=A(4.75\,\mathrm{m}),\qquad \Delta V=A(0.25\,\mathrm{m}).
بنابراین:
A(0.25)=(10−3)A(4.75)ΔTA(0.25)=(10^{-3})A(4.75)\Delta T
و در نتیجه:
ΔT=0.2510−3×4.75≃52.63 K\Delta T=\frac{0.25}{10^{-3}\times4.75}\simeq52.63\,\mathrm{K}.
اختلاف دما برحسب کلوین و سلسیوس مقدار عددی یکسانی دارد (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحه‌های ۸۸–۸۹).

۳. تبدیل دمای نهایی به فارنهایت
با استفاده از تبدیل کتاب درسی، دمای اولیه برابر است با:
θ0=263−273=−10∘C\theta_0=263-273=-10^\circ\mathrm{C}.
پس:
θf=−10+52.63=42.63∘C\theta_f=-10+52.63=42.63^\circ\mathrm{C}،
Ff=95(42.63)+32≃108.74∘FF_f=\frac{9}{5}(42.63)+32\simeq108.74^\circ\mathrm{F}.

۴. بررسی گزینهٔ تأییدشده و تقریب به‌کاررفته
نتیجهٔ محاسبهٔ مستقیم با هیچ‌یک از گزینه‌ها برابر نیست. گزینهٔ تأییدشده زمانی حاصل می‌شود که ارتفاع اولیهٔ بنزین را تقریباً برابر ارتفاع کل مخزن بگیریم، یعنی h0≃5 mh_0\simeq5\,\mathrm{m}:
ΔT≃0.2510−3×5=50 K\Delta T\simeq\frac{0.25}{10^{-3}\times5}=50\,\mathrm{K}،
θf≃−10+50=40∘C\theta_f\simeq-10+50=40^\circ\mathrm{C}،
Ff≃95×40+32=104∘FF_f\simeq\frac{9}{5}\times40+32=104^\circ\mathrm{F}.
بنابراین گزینهٔ تأییدشده بر پایهٔ این تقریب به دست می‌آید؛ بدون این تقریب، پاسخ حدود 108.7∘F108.7^\circ\mathrm{F} است و گزینه‌ها با داده‌های سؤال سازگاری دقیق ندارند.

پاسخ: گزینهٔ ۱

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۲: این انتخاب می‌تواند از خطا در تبدیل دما یا محاسبهٔ افزایش حجم ناشی شود. در دمای 96∘F96^\circ\mathrm{F}، افزایش حجم بنزین هنوز برای پرکردن فضای خالی کافی نیست.
  • گزینهٔ ۳: ممکن است با اشتباه‌گرفتن افزایش دما با دمای نهایی به این گزینه برسید. در دمای 122∘F122^\circ\mathrm{F} بنزین سرریز شده است، اما سؤال کمترین دمای لازم را می‌خواهد.
  • گزینهٔ ۴: این گزینه ممکن است بر اثر بیش‌برآوردکردن افزایش دمای لازم انتخاب شود. دمای 140∘F140^\circ\mathrm{F} از دمای آغاز سرریز بیشتر است و شرط «حداقل» را برآورده نمی‌کند.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. رابطهٔ انبساط حجمی مایع را از مبحث انبساط گرمایی به یاد بیاورید. چون انبساط ظرف نادیده گرفته شده است، در آستانهٔ سرریز، افزایش حجم بنزین برابر حجم فضای خالی مخزن است.
  2. مساحت قاعده را AA بگیرید؛ حجم اولیهٔ بنزین A(5−0.25)A(5-0.25) و حجم فضای خالی A(0.25)A(0.25) است. با جای‌گذاری در ΔV=βV0ΔT\Delta V=\beta V_0\Delta T، مساحت قاعده حذف می‌شود.
  3. دمای اولیه را با θ0=263−273\theta_0=263-273 به سلسیوس تبدیل کنید، سپس افزایش دمای محاسبه‌شده را به آن بیفزایید و از رابطهٔ F=95θ+32F=\frac{9}{5}\theta+32 استفاده کنید. توجه کنید که تقریب‌زدن ارتفاع اولیهٔ بنزین با ارتفاع مخزن، بر نتیجه اثر می‌گذارد.

فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۴: دما و گرما

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «دما و گرما» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم