Тип 21 № 4401 
Молекулярная физика−электродинамика. Качественная задача. Тепловые явления
i
Зимой школьник решил поставить опыт: налил в две тонкие пластиковые бутылки с практически нерастяжимыми стенками горячую воду (почти кипяток) до самого горлышка, одну плотно закрыл крышкой, а из другой сначала вылил воду и потом сразу же плотно закрыл крышкой, и выставил обе бутылки на мороз на всю ночь. В результате одна бутылка лопнула, а другая сплющилась. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, какая из бутылок сплющилась и почему.
Решение. 1. В первой бутылке была только горячая вода, а во второй — насыщенные пары воды и малое количество воздуха.
2. Ночью на морозе обе бутылки за счет всех видов теплоотдачи — конвекции, теплопроводности и теплового излучения — остыли до температуры окружающего холодного воздуха.
3. В первой бутылке вода сначала охладилась до 0 °C, а потом при фазовом переходе из жидкого состояния в твердое отдала теплоту кристаллизации, замерзла и охладилась до низкой температуры окружающей среды. При этом объем воды вырос примерно на 10% (это следует из таблицы плотностей веществ), что привело к сильному росту давления в бутылке с нерастяжимыми стенками, и она лопнула.
4. Пары воды во второй бутылке сконденсировались и замерзли, сильно уменьшив свой объем, а давление в бутылке упало до очень низкого значения. Поэтому бутылка под действием наружного атмосферного давления сплющилась.
Критерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п. 1–4) и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае — явлений теплоотдачи — конвекции, теплопроводности и излучения, фазовых переходов — конденсации паров с уменьшением их объема и кристаллизации воды с ростом ее объема, а также результата деформации обеих бутылок). | 3 |
| Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, и дано правильное объяснение, но содержится один из следующих недостатков. В представленных записях содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи. ИЛИ Рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в полном объеме, или в них содержатся логические недочеты. | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Указаны не все необходимые явления и физические законы, даже если дан правильный ответ на вопрос задания. ИЛИ Указаны все необходимые явления и физические законы, но в некоторых из них допущена ошибка, даже если дан правильный ответ на вопрос задания. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к верному ответу, содержат ошибки. | 1 |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
