Задачи, решения и критерии оценивания экспериментальных заданий II (районного) этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике учебного года в Ставропольском крае
Рекомендации проверяющим.
Некоторые из предложенных задач могут быть решены несколькими способами. В большинстве случаев методическая комиссия предлагает один вариант решения. Если участник олимпиады решит задачу правильно другим способом, то за эту задачу ему начисляется полное количество баллов. Если при решении задачи другим способом допущены ошибки или задача решена не полностью, то критерии оценивания отдельных элементов решения устанавливаются по усмотрению проверяющих.
Определите массу линейки.(15 баллов)
Оборудование: Измерительная линейка, карандаш, монета известной массы.
Решение задачи.
Положим линейку на карандаш и, перемещая ее по карандашу, найдем положение равновесия (рис. 1). Заметим деление шкалы, против которого находится линия соприкосновения линейки с карандашом в положении равновесия. Тем самым мы определяем положение центра масс линейки.
Затем на один край линейки положим монету. Перемещая линейку относительно карандаша, найдем новое положение равновесия. Заметим деление шкалы линейки, через которое проходит новая линия равновесия (рис. 2). Отсчитаем по шкале линейки расстояние l1 от новой линии равновесия до центра масс линейки и расстояние l2 от этой линии до центра масс монеты. Согласно условию равновесия рычага, запишем
,
где М – масса линейки, m – масса монеты, g – ускорение свободного падения.
Отсюда масса линейки равна
Критерии оценивания
- выбор и описание метода измерений – 5 баллов
- теоретическая формула для М – 5 баллов
- измерение l1 – 2 балла
- измерение l2 – 2 балла
- численный ответ – 1 балл
Определите сопротивление резистора.(15 баллов)
Оборудование: Источник тока, ключ, вольтметр, соединительные провода, резистор с известным сопротивлением R и резистор с неизвестным сопротивлением Rx.
Решение задачи.
Составим электрическую цепь по схеме на рис. 3. Измерим напряжение U1 на резисторе Rx и U2 на резисторе R. Если сопротивления Rx и R много меньше сопротивления вольтметра, то
и 
Критерии оценивания
- составление схемы электрической цепи и выбор измеряемых величин – 5 баллов
- теоретическая формула для Rx – 5 баллов
- измерение U1 – 2 балла
- измерение U2 – 2 балла
- численный ответ – 1 балл
Определите, какую начальную скорость вы можете сообщить стирательной резинке щелчком пальца.(15 баллов)
Оборудование: Стирательная резинка, стол, измерительная лента.
Решение задачи
Положим резинку на край стола. Щелчком приведем ее в движение в горизонтальном направлении и заметим место, в котором резинка достигает пола. Измерим высоту h стола и расстояние l от стола до точки падения резинки на пол. Горизонтальная составляющая скорости V во время движения не изменилась, поэтому находим ее по формуле
где t – время движения резинки. Зная высоту падения h, из формулы находим время t:
Следовательно, начальная скорость резинки равна
Критерии оценивания
- выбор и описание метода измерений – 5 баллов
- теоретическая формула для V – 6 баллов
- измерение l и h – 2 балла
- численный ответ – 2 балла
Рассчитайте период малых колебаний столба воды в водяном U-образном манометре. Проверьте свой расчет экспериментально. Сделайте вывод.(15 баллов)
Оборудование: Водяной U-образный манометр, измерительная линейка, часы с секундной стрелкой или секундомер, нить.
Решение задачи
Рассчитаем сначала теоретически период Тт колебаний воды в манометре. Для этого сделаем рисунок (рис. 4) и заметим, что при изменении положения воды на величину х разность уровней составит 2х. За счет столба жидкости высотой 2х возникает дополнительная сила , модуль которой равен
(1)
где 
– плотность жидкости, S – площадь поперечного сечения трубки манометра, g – ускорение свободного падения.
Для проекции Fx силы 
на вертикальную ось уравнение (1) будет иметь вид
или 
где 
При возникновении разности уровней воды появляется сила, обеспечивающая гармонические колебания. Период этих колебаний
где m – масса колеблющейся воды. Так как 
где l – длина всего водяного столба в манометре, которую можно измерить с помощью нити и линейки, то период Тт колебаний равен
или 
После вычисления теоретического периода Тт колебаний измерим экспериментальный период Тэ. Для этого возбудим колебания воды в манометре, дунув в одно из колен, и определим время t, в течение которого совершаются N колебаний водяного столба. Затем рассчитаем Тэ по формуле
Сравните значения периодов Тт и Тэ, полученные теоретически и экспериментально, и сделайте вывод.
Критерии оценивания
- формула для силы Fx, обеспечивающей гармонические колебания– 4 балла
- формула для Тт – 4 балла
- измерение l и расчет Тт – 1 балл
- измерение Тэ – 5 баллов
- сравнение Тт и Тэ и вывод – 1 балл
