Физика

Министерство образования Пермского края

Физика

Ответы муниципального этапа

всероссийской олимпиады школьников

в Пермском крае

2012/2013 учебный год

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОВЕДЕНИЮ МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПА

ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ

ПО ФИЗИКЕ

2012/2013 учебного года

1.  Во II (муниципальном) этапе региональной олимпиады школьников по физике участвуют учащиеся 4-х групп: 8 классы, 9 классы, 10 классы и 11 классы образовательных учреждений.

2.  Задания муниципального этапа выполняются учащимися 8 классов 2 часа 40 минут.

3.  Задания муниципального этапа выполняются учащимися 9-11 классов 3 часа 30 минут

4.  Задания II (муниципального) этапа олимпиады включают 4 задачи для 8 класса и по 5 задач для учащимися 9-10-11 классов. Каждая задача оценивается в 10 баллов.

Таким образом, максимальное количество баллов – 40 у 8 класса,

и максимальное количество баллов – 50 у классов.

Возможные решения задач

XLVII Всероссийская олимпиада школьников по физике. Муниципальный этап

Возможные решения задач

8 класс

Задача 1. Движение автомобиля.

1. По определению средняя скорость - - это отношение пройденного пути S к полному времени движения t

.

2.  По условию задачи для первой половины пути:

.

3.  Для второй половины:

.

4.  Очевидно, t = t1+t2

5.  Тогда

.

6. Вычисляя, получим .

Критерии оценивания решения:

Определение средней скорости – 1 балл.

Описание первой половины пути – 1 балл.

Описание (1) – 3 балла.

Получение окончательного ответа – 3 балла.

Задача 2. Стрельба по мишени.

1. Скорость света во много раз больше скорости звука в воздухе. Поэтому t1 равно времени полета снаряда.

2. Время t2 есть сумма времен движения снаряда и распространения звука от мишени до орудия. Тогда время распространения звука: t = t2 - t1

3. Дальность полета: S=vзв(t2 - t1) = 510 метров.

4. Скорость снаряда vcн= S/t1= vзв(t2 - t1) /t1 = 850 м/с.

Критерии оценивания решения:

Определение времени движения снаряда – 3 балла.

Определение времени распространения звука – 2 балла.

Определение расстояния до мишени и расчет– 2 балла.

Определение в общем виде скорости снаряда – 2 балла.

Получение числового ответа – 1 балл.

Задача 3. Плавание в двух жидкостях.

Для тела в воде

Þ

Для тела в воде и бензине

,

(1)

; (2)

.

Ответ: V2/V = 0,33

Критерии оценивания решения:

1 балл – записано условие плавание тела в воде ;

2 балла – записано условие плавание тела в воде и бензине;

2 балла – написано выражение (1);

3 балла – выведена формула (2);

2 балла - вычислен окончательный ответ.

Задача 4. Чайник на плите.

1.  Количество теплоты, получаемое от горелки, идет на нагрев воды и чайника и испарение воды, т. е.

,

где Q1 – количество теплоты необходимое для нагрева воды

,

Q2 – количество теплоты необходимое для нагрева чайника

,

Q3 – количество теплоты необходимое для испарения воды .

2.  Q = Aполезн = 0.4 Aполн, а .

3.   

.

Ответ: 3,27 кВт

Критерии оценивания решения:

4 балла – за пункт 1, по одному баллу за каждое соотношение;

1 балл – за пункт 2 ;

3 балла – за пункт 3 (вывод формулы) ;

2 балла – за правильный ответ.

XLVII Всероссийская олимпиада школьников по физике. Муниципальный этап

Возможные решения задач

9 класс.

Задача 1. Полет пуль.

Имея начальную горизонтальную скорость, пуля будет двигаться по вертикальной оси равнопеременно с ускорением –g и нулевой скоростью V0y, а по горизонтальной оси равномерно с постоянной скоростью, равной начальной.

Т. е. ,

.

Когда пуля упадет в воду, то y=0, x=S т. е. но пули выпущены одновременно и падают в воду одновременно, поэтому h= h1=h2=h3.

T=100/50=2c.

h=10*10000*0,5/2500=20 м

Ответ: h=19,6 м, T=2 c

Критерии оценивания решения:

2 балла – написаны законы движения в проекциях на оси x и y.

4 балла – определено, что пули выпущены с одной высоты;

2 балла – найдено время движения пуль;

2 балла - найдена высота, с которой вылетели пули.

Задача 2. Плавание тела.

Для тела в воде

Þ

Для тела в воде и бензине

,

(1)

; (2)

.

Ответ: V2/V = 0,33

Критерии оценивания решения:

1 балл – записано условие плавание тела в воде ;

2 балла – записано условие плавание тела в воде и бензине;

2 балла – написано выражение (1);

3 балла – выведена формула (2);

2 балла - написан окончательный ответ.

Задача 3. Проволочное кольцо.

1. Учитывая, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине кольцо с проводящими проводами можно представить в виде схемы, где , . Так как соединение параллельное, то

2.

(1)

3. По условию задачи ; где R0 сопротивление разогнутого кольца, . (2)

приравниваем (1) и (2).

4.

,

,

, пусть , тогда

;

,

, по условию задачи , следовательно

Ответ: L1/L2 = 5,83

Критерии оценивания решения:

2 балла – за пункт 1 ;

1 балл – за пункт 2 ;

1 балл – за пункт 3 ;

3 балла – за пункт 4 (получено квадратное уравнение);

2 балла - найдено решение квадратного уравнения;

1 балл – сформулирован ответ задачи.

Задача 4. Алюминиевый чайник.

1.  Количество теплоты, получаемое от горелки, идет на нагрев воды и чайника и испарение воды, т. е.

,

где Q1 – количество теплоты необходимое для нагрева воды

,

Q2 – количество теплоты необходимое для нагрева чайника

,

Q3 – количество теплоты необходимое для испарения воды .

2.  Q = Aполезн = h Aполн, а .

3.   

.

Ответ: 3,27 кВт

Критерии оценивания решения:

4 балла – за пункт 1, по одному баллу за каждое соотношение;

1 балл – за пункт 2 ;

3 балла – за пункт 3 (вывод формулы) ;

2 балла – за правильный ответ.

Задача 5. Движение с возвратом.

1) До момента смены ускорения тело пройдет расстояние Х0 и приобретет скорость v0:

2) Закон дальнейшего движения можно представить в виде:

3) Полагая Х(t) = 0 при t = tk , получаем уравнение для времени возврата tk :

которое преобразуется к виду:

4) Это квадратное уравнение имеет два положительных решения:

из которых только первое имеет физический смысл.

5) Таким образом,

tk = 2t0

Критерии оценивания решения:

2 балла – найдены координаты смены ускорения и скорость в этой точке (п.1);

3 балла – написан закон движения после смены ускорения (п. 2) ;

3 балла – получено квадратное уравнение (п. 3) ;

1 балл – за решение квадратного уравнения (п. 4);

1 балл – за анализ решения и правильный ответ (п. 5).

XLVII Всероссийская олимпиада школьников по физике. Муниципальный этап

Возможные решения задач

10 класс

Задача 1. Тяжелые сани и человек

Если попытаться тянуть сани горизонтально, то у человека ничего не получится: сила трения, удерживающая сани на льду ( Н) слишком велика для того, чтобы человек мог их сдвинуть ( Н) – он начнет проскальзывать раньше.

Однако если тянуть нить не горизонтально, а под некоторым углом к горизонту, то выполнение условий задачи возможно, т. к. при этом уменьшается вес саней и увеличивается вес человека. Таким образом:

, (1)

где – сила натяжения веревки, и , и – соответственно коэффициенты трения и силы реакции, относящиеся к саням и человеку.

Из (1) следует: .

Таким образом, человек должен тянуть сани под углом большим, чем к горизонту.

Критерии оценивания решения:

Вывод о том, что сани не сдвинутся с места, если тянуть сани горизонтально – 2 балла.

Идея об угле – 2 балла.

Правильная запись уравнений (1) – 3 балла.

Получение окончательного ответа – 3 балла.

Задача 2. Электрическая цепь

Напряжение на резисторе с сопротивлением равно , а сила тока, идущего через этот резистор, определяется по закону Ома:

.

Но , где – сила тока идущего через резистор с сопротивлением , а – сила тока идущего через вольтметр. Так как

, то , откуда

.

Критерии оценивания решения:

Закон Ома для тока – 2 балла.

Выражение для суммы токов в узле – 2 балла.

Запись выражения для тока, текущего через вольтметр – 3 балла.

Получение окончательного ответа – 3 балла.

Задача 3. Вода и лед

Из графика видно, что начальная температура воды и льда в ведре была равна . После внесения в комнату, лед в ведре с водой начинает таять. Излом на графике зависимости соответствует тому моменту времени, когда весь лед растаял. Далее идет нагрев воды.

Предполагая, что количество теплоты , получаемое водой и льдом в ведре за единицу времени остается постоянным, можно определить эту величину (из второго участка графика, соответствующего нагреву воды):

, здесь , мин, .

Дж/с.

На первом участке графика все поступающая в систему теплота идет на плавление льда. Отсюда можем найти массу льда, плавающего в воде в начальный момент:

.

кг.

Критерии оценивания решения:

Сделан правильный анализ графика зависимости температуры системы от времени – 4 балла.

Получено значение – 3 балла.

Получена масса льда в воде – 3 балла.

Задача 4. Шар в жидкости

Очевидно, что в каждой точке полушария меняется как направление силы давления, так и величина самого давления. Поэтому используем для решения прием мысленного рассечения шара на две половины: верхнюю и нижнюю. Сила Архимеда, действующая на нижнюю половину, с одной стороны равна по определению

. (1)

С другой стороны, сила Архимеда равна разности сил давления на нижнюю и верхнюю поверхности полушария.

. (2)

Сила давления на верхнюю поверхность полушария вычисляется просто

. (3)

С помощью формул (1)-(3) мы находим силу давления на нижнюю поверхность полушария и, соответственно, шара:

.

Критерии оценивания решения:

Предложена идея решения – 4 балла.

Определена сила Архимеда, действующая на полушарие – 2 балла.

Определена сила давления на верхнюю поверхность полушария – 2 балла.

Определена сила давления на нижнюю поверхность полушария – 2 балла.

Задача 5. Движение стержня

Так как стержень нерастяжим, то проекции скоростей всех точек на стержень должны быть одинаковы. Поэтому при угле :

.

Отсюда, с учетом того, что , , , получим

.

При угле :

.

Наконец, отношение скоростей нижнего конца стержня при углах и :

.

Критерии оценивания решения:

Вывод о равенстве проекций скоростей – 3 балла.

Определена скорость нижней точки стержня при – 3 балла.

Определено отношение скоростей верхней и нижней точек при – 2 балла.

Определено отношение скоростей нижней точки при разных углах – 2 балла.

XLVII Всероссийская олимпиада школьников по физике. Муниципальный этап

Возможные решения задач

11 класс

Задача 1. Тяжелые сани и человек

Если попытаться тянуть сани горизонтально, то у человека ничего не получится: сила трения, удерживающая сани на льду ( Н) слишком велика для того, чтобы человек мог их сдвинуть ( Н) – он начнет проскальзывать раньше.

Однако если тянуть нить не горизонтально, а под некоторым углом к горизонту, то выполнение условий задачи возможно, т. к. при этом уменьшается вес саней и увеличивается вес человека. Таким образом:

, (1)

где – сила натяжения веревки, и , и – соответственно коэффициенты трения и силы реакции, относящиеся к саням и человеку.

Из (1) следует: .

Таким образом, человек должен тянуть сани под углом большим, чем к горизонту.

Критерии оценивания решения:

Вывод о том, что сани не сдвинутся с места, если тянуть сани горизонтально – 2 балла.

Идея об угле – 2 балла.

Правильная запись уравнений (1) – 3 балла.

Получение окончательного ответа – 3 балла.

Задача 2. Воздушный амортизатор.

1. Закон сохранения и превращения энергии:

2.Для одноатомного газа:

3. Тогда:

4. Из последнего соотношения:

Критерии оценивания решения:

Записан закон сохранения энергии – 3 балла.

Написаны внутренние энергии – 3 балла.

Правильная запись уравнения пункта 3. – 2 балла.

Получение окончательного ответа – 2 балла.

Задача 3. Напряжения на диодах.

Пусть I, I1,I2 – токи, протекающие через источник, R и диоды – соответственно.

1.  Из законов Ома и формул для последовательного и параллельного соединений:

e - Ir= e - (I1+I2)r = I1 R = Uд = Uд1 + Uд2.

2.  Исключая из уравнения I и I1, находим связь между током через диоды I2 и суммарным напряжением на них Uд: I2=e/r – Uд(1/R+1/r), или подставляя значения величин, находим:

I2=11 - 4 Uд/3 (здесь ток в Амперах, если U в Вольтах).

3.  Так как диоды соединены последовательно, то токи, текущие через них, одинаковые, а суммарное напряжение равно сумме напряжений на отдельных диодах. Поэтому надо нарисовать общую вольт-амперную характеристику двух диодов, сложив напряжения при одинаковых значениях тока.

4.  Проводя на полученном графике прямую зависимости I2=I2(Uд), находим точку пересечения:

Uд=6 (В), I2=3 (А).

5.  По прилагаемому к условию задачи графику находим, что при токе через диоды 3 А напряжение на первом : Uд1=2.5 Вольта, на втором Uд2=3.5 Вольта.

Критерии оценивания решения:

За каждый из отмеченных пунктов по – 2 балла.

Задача 4. Шар в жидкости

Очевидно, что в каждой точке полушария меняется как направление силы давления, так и величина самого давления. Поэтому используем для решения прием мысленного рассечения шара на две половины: верхнюю и нижнюю. Сила Архимеда, действующая на нижнюю половину, с одной стороны равна по определению

. (1)

С другой стороны, сила Архимеда равна разности сил давления на нижнюю и верхнюю поверхности полушария.

. (2)

Сила давления на верхнюю поверхность полушария вычисляется просто

. (3)

С помощью формул (1)-(3) мы находим силу давления на нижнюю поверхность полушария и, соответственно, шара:

.

Критерии оценивания решения:

Предложена идея решения – 4 балла.

Определена сила Архимеда, действующая на полушарие – 2 балла.

Определена сила давления на верхнюю поверхность полушария – 2 балла.

Определена сила давления на нижнюю поверхность полушария – 2 балла.

Задача 5. Натяжение подвеса.

1. При протекании импульса тока на стержень будет действовать сила Ампера, которая сообщит ему горизонтальное ускорение:

2. Т. к. действие силы кратковременное, стержень не успеет заметно отклониться.

(аналог удара), но приобретёт практически горизонтальную скорость:

3.В этот момент стержень двигается по окружности. И из второго закона Ньютона:

4. Следует:

Критерии оценивания решения:

Определено ускорение, сообщаемое силой Ампера – 2 балла.

Определена скорость стержня в момент прекращения тока – 2 балла.

Написан второй закон Ньютона – 4 балла.

Определена сила натяжения – 2 балла.