Аналитическая записка по физике, 2 тур

Количество задач в этом туре возросло с 18 до 25, но очень многие из вас пытались найти правильные ответы на все поставленные вопросы, что нас очень порадовало. И мы были очень удивлены, когда учащиеся 7, 8, 9 классов решали сложные для них задачи из 2, 3 блока, и находили правильные решения.

А теперь предлагаем краткие решения и ответы предложенных на конкурс задач:

I б л о к

1. Описанная ситуация возможна, если первый стакан пустой, а во втором налита вода (по закону Паскаля, огромное давление, передаваемое по всем направлениям, разрывает стакан). На этот вопрос правильно ответило 90% участников.

2. Льдинка плавает в широком сосуде на границе между водой и керосином. Какая часть её объёма находится ниже границы раздела жидкостей, если керосин покрывает льдинку полностью.

Записываем условия плавания тел: F_a=mg, где m - масса льдинки, V – её объем.

Архимедова сила: , где V_b – объём вытесненной воды.

Отсюда:

И с этим заданием справились почти все ребята.

3. A = mgh, где h – высота центра тяжести – точки приложения силы тяжести, расположенной в центре каната,

поэтому: , A=300Дж. Правильно решили эту задачу 95% участников.

4. В пустоте свет проходит расстояние, равное 9,5*10¹²км (с этой задачей справились все конкурсанты).

5. Измерив F_a в воде и в растворе медного купороса, при полном погружении груза, можно найти плотность раствора:

6. Площадь дна должна быть достаточно большой, а площадь сечения верхней части сосуда – малой. Сила давления на дно равна весу воды в воображаемом цилиндрическом сосуде, контуры которого показаны пунктиром. С этим заданием справилось 40% участников.

7. С несложной задачей на построение графиков V(t) и S(t) равномерного движения справились почти все конкурсанты, молодцы!

8. Задача на равновесие рычага (о девочке и слоне) также не вызвала затруднений. Применив правило моментов сил, действующих на рычаг, вы получили:

9. Дано:

В два сообщающихся сосуда налита ртуть, а поверх ртути в один сосуд налита вода, столб которой составил 50 см, а в другой – керосин с высотой столба 0,15 м. Определить разность уровней ртути. Плотности воды 1000кг/м³ , ртути - 13600кг/м³, керосина - 800кг/м³, H₁ = 0,5м, H₂ = 0,15м, ρ_b = 1000кг/м³, ρ_k = 800кг/м³, ρ_p = 13600кг/м³, ΔH - ?

ρ_b > ρ_k, следовательно граница раздела вода-ртуть будет ниже, чем керосин-ртуть. Выберем нулевой уровень AB, совпадающий с нижней границей раздела, и запишем условие равновесия жидкостей:

где p₀ - атмосферное давление

Δh = 0,028м = 2,8см. И с этим заданием справились почти все ребята.

II б л о к

10. С какой высоты должна падать капля воды, чтобы после удара о землю вода оказалась кипяченой. Начальная температура воды 0°С. Передачу энергии окружающей среде не учитывать.

С высоты h = 42км, т.к. по закону сохранения энергии (без учета трения) E_p = Q, mgh = mc(t₂ - t₁), отсюда h = cΔt/g

11. С несложной задачей на параллельное соединение 10 электрических ламп справились почти все конкурсанты.

Правильные ответы:

R_об = R/10 = 50Ом;

U_об = U₁ + U₂, отсюда: U₁ = U_об - U₂ = 100В;

I_л = U_л/R_об, I_л = 120В/50Ом = 2,4А;

P_p = I * U = I_p * (U_об - U_л) , P_p = 240Вт, где P_p - мощность реостата, включенного последовательно к лампочкам.

12. Риски на стержне гвоздя увеличивают силу трения между гвоздем и древесиной; это позволяет гвоздю прочно держаться в дереве. Насечки нужны для того, чтобы не было скольжения молотка по шляпке во время удара. И с этим заданием справилось 90% участников.

13. В этой задаче на вопрос «Почему капли дождя падают, а облака нет» совсем немногие из вас, ребята, получили максимальные 10 баллов, т.к. рассуждения ваши были недостаточны с точки зрения физики или вообще неверны.

На каплю воды, движущуюся в воздухе вниз, действует сила тяжести F_t и сила аэродинамического сопротивления F_c, направленная вверх. Первая прямо пропорциональна кубу ее радиуса:

F_t = mg = ρVg = ρg (4/3*πr³).

Вторая пропорциональна площади ее поперечного сечения:

F_c = kπr².

Если облако состоит из больших капель, то r большое и F_t > F_c; капли будут капать вниз: идет дождь. Если же капли малы, то F_t ≈ F_c и достаточно незначительных восходящих конвекционных потоков воздуха, чтобы они удерживались на прежней высоте или поднимались вверх.

Правильно ответили на это задание такие ребята: Мороз Наталья, Школа, Знаменка, 8кл.; Тысячных Юрий, Лицей №13, Троицк, 8кл.; Любченко Анна, Лицей №11, Челябинск, 9кл.; Покровский Сергей, Школа "Развитие", Волгоград, 9кл.; Беликов Илья, Гимназия №1; "Досуг", Красный Сулин, 10кл.; Белых Артем, Школа №10, Байконур, 10кл.; Васильев Владимир, Лицей №2, Братск, 11кл.; Салахутдинов Всеволод, Школа №2, Губкинский, 11кл.

III б л о к

14. Задача на нахождение места и время встречи двух движущихся тел имеет 2 способа решения: графический и аналитический. Максимальное количество баллов получили конкурсанты именно за представленные 2 варианта решения задачи (и таких оказалось большинство).

Ответ: Т.к. в месте встречи x₁ = x₂,

2t + 0,2t₂ = 80 * 4t, отсюда: t_встр. = 10c, x_встр. = 40м.

Через 5с расстояние между телами S = 45м.

15. 2 пластилиновых шарика массами m₁=100г и m₂=200г летят навстречу друг другу со скоростью V₁=20м/с и V₂=10м/с. Столкнувшись, они слипаются. На сколько изменилась внутренняя энергия шариков при столкновении?

В этой задаче, воспользовавшись законом сохранения импульса, получаем:

m₁V₁ - m₂V₂ = (m₁ + m₂)V, отсюда: V = (m₁V₁ - m₂V₂) / (m₁ + m₂); V = 0, отсюда: шары остановились, а значит: по закону сохранения энергии вся кинетическая энергия шаров перешла во внутреннюю энергию.

ΔU = E_k2 + E_k1; ΔU = (m₁V₁² / 2) + (m₂V₂² / 2) = 30Дж

16. Найдем время полета любой капли воды. В воздухе находится вода, вытекшая из шланга именно за это время. Используя движение тел под углом к горизонту, получаем,

t_n = (2V₀ sin α) / g,

m = ρV = ρ₂Sl = ρ₂SV₀t = (2ρSV₀² sin α) / g, m = 7,1кг

17. Рост человека с помощью предложенного всем оборудования можно найти, используя:

1). Свободное падение шарика (но, в этом случае, нужен чувствительный секундомер, т.к. время полета очень мало)

h = (gt² )/2

2). Формулу периода колебаний математического маятника с длиной нити, равной росту человека. И т.к.:

T = t/N, T = 2π√ e/g, t/N = 2π√ e/g, отсюда: l =(g²t² ) / (4π²N)

Ребята, которых оказалось большинство, успешно справились с этим заданием.

18. Камень брошен с вышки со скоростью V = 30 м/с в горизонтальном направлении. Найти радиус кривизны траектории камня в точке, где он будет через t = 4с после начала броска. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/c.

Скорость тела V через 4с после броска можно найти по формуле

V_x = V₀, V_y = gt, V₀² + g²t²;

Радиус кривизны траектории находим по формуле:

R_кр. = V² / a_цс.

где a_цс. - центростремительное ускорение, определяемое действием силы тяжести:

a_цс. = g sin λ, sin λ = V_x / V, sin λ = V_x / √V₀² + g²t², a_цс. = gV / √ V₀² + g²t², R_кр. = (V₀² + g²t²)^3/2 / gV₀

После подстановки данных получаем R_кр. = 417м .

С этой задачей справилось большое количество участников, например: Мороз Наталья, Школа, Знаменка, 8кл.; Бабенцев Михаил, Магнитогорск, 9кл.; Гарайшина Юлия, Лицей №11, Челябинск, 9кл.; Елистратова Елена, №13 ТЕНЛ, Троицк 9кл.; Кривицкий Григорий, Школа №269, Снежногорск, 9кл.; Меретова Дарья, Школа №3, Салехард, 9кл.; Морозова Екатерина, Школа №24, Волгодонск, 9кл.; Покровский Сергей, Школа "Развитие", Волгоград, 9кл.

19. Это явление впервые объяснил Рейнольдс в 1885 году. Он показал, что объём песка увеличивается, когда на него наступают. До этого песчинки были «упакованы» самым плотным образом. Надавливание ноги разрыхляет песок. В то время как уровень песка поднимается резко, уровень воды может подняться лишь в результате капиллярных явлений, а на это требуется время. Поэтому на дне следа ноги песок некоторое время оказывается выше уровня воды – он сухой и белый. На это задание, к сожалению, полностью ответили не все ребята. Отлично справились с заданием следующие участники: Горбачев Виталий, Школа №42, Омск ,8кл.; Мороз Наталья, Школа, Знаменка 8кл.; Бачурина Наталья, Гимназия №2, Георгиевск, 9кл.; Елистратова Елена, №13 ТЕНЛ, Троицк, 9кл.; Иванец Вероника, Гимназия №2, Георгиевск 9кл.; Любченко Анна, Лицей №11, Челябинск, 9кл.; Покровский Сергей, Школа "Развитие", Волгоград, 9кл.; Белых Артем, Средняя школа №10, Байконур, 10кл.; Борисов Александр, 10кл., Валиков Роман, 10кл., Пономарев Антон, 10кл., Школа №125, Снежинск; Казепова Елена, Гимназия №4, Ростоши, 10кл.; Махиня Александр, Лицей №2, Братск, 10кл.; Шумов Кирилл, Школа №24, Волгодонск, 10кл.

20. Плотность масла больше плотности хлеба (что многие из вас, ребята, отметили это в своих работах, а дальше что?...) поэтому, если рассмотреть лежащие на столе два совершенно одинаковых бутерброда: одни – маслом вверх, а другой – маслом вниз, то у второго центр тяжести оказывается ниже поэтому такое положение энергетически более выгодно. Падая, бутерброд поворачивается в воздухе, стремясь занять положение с минимальной потенциальной энергией, а поэтому вероятность падения бутерброда маслом вниз значительно больше, чем в других случаях падения.

21. Дано: Восемь маленьких капель ртути, каждая из которых была заряжена до потенциала 10В, сливаются в одну большую каплю. Каков ее потенциал?

Считаем, что капля имеет форму шара: φ₁ = (q/r)*k; φ₁ = 10В, N = 8, φ' = ?

Считаем, что капля имеет форму шара:

φ₁ = kq/r; φ' = q' / (4πE₀R), где q – заряд маленькой капли, q' - заряд большой капли, а r и R их радиусы.

q' = N * q - по закону сохранения электрических зарядов.

Найдем радиус большой капли.

Учтем, что: M = N*m, M = ρV' = (4/3) * πR³ρ

m = (4/3) * πR³ρ

отсюда: (4/3) * πR³ρ = (4/3) * πr³Nρ, R = r³√N.

Тогда: φ' = q' / (4πE₀R) = Nq / (4πE₀r³√N) = ³√N² * (q / (4πE₀r))

Учитывая, что φ = q / (4πE₀R), φ' = φ * ³√N² = 40В

С этим заданием также справилось большинство конкурсантов.

22. Определить длину волны, на которую настроен входной контур радиоприемника, если амплитуда заряда на обкладках конденсатора равна 10^-12Кл, а амплитуда силы тока 10^-5А.

Дано:

q0 = 10^-12Кл, J0 = 10^-5А, λ - ?

λ = c*T, где с – скорость света в вакууме.

T = 2π√LC

По закону сохранения энергии: W_эпmax = W_мmax

q₀²/2c = LJ₀²/2, отсюда: LC = q₀²/J₀²;

√LC = q₀/J₀; λ = 2πc(q₀/J₀) = 188м

23. Точный ответ на вопрос о горизонтальной поверхности покоящейся жидкости, ребята, таков: на земле сказываются два эффекта: стремление любой системы к наинизшему положению центра тяжести и стремление жидкости сократить свою свободную поверхность до минимума. На рисунке видно, что, при неизмененном уровне центра масс, любая, отличная от горизонтальной, свободная поверхность жидкости имеет большую площадь.

Лучше всех на это задание ответили: Мельников Игорь, Школа № 32, Озерск, 8кл.; Беликов Илья, Гимназия №1, Красный Сулин, 10кл.; Миронов Евгений, Лицей №2, Братск, 11кл.; Валиков Роман, Школа №125, Снежинск, 10кл.

24. Возникновение радужной окраски мыльных пузырей связано с интерференцией света.

25. Металлический шар из цинка, радиусом 10 см облучают ультрафиолетовым светом с длиной волны м. Установить заряд шара, если работа выхода электронов с поверхности цинка равна 5,38*10^-19Дж.

Дано:

λ = 3*10^-7м, A_вых. = 5,38*10^-19Дж, e = 1,6*10^-19Кл, R = 10см = 0,1м, q - ?

Вследствие фотоэффекта происходит выбивание электронов. С поверхности шара, который будет заряжаться положительно, а его потенциал φ = kq/r; φ - разность потенциалов, играет роль задерживающего напряжения, при котором самые быстрые электроны вернутся на шар под действием сил электростатического поля.

mV²_max / 2 = φe = keq/R; φ - mV²_max / 2e

Из уравнения Эйнштейна:

mV²_max / 2 = hν - A_вых. = (hc / λ) - A_вых.

keq/R = hc / λ - A_вых., отсюда: q = (R/ke)(hc / λ - A_вых.)

Подставляя численные данные: q = 8,68*10^-12Кл

Особо хочется отметить ребят, решивших правильно задачи о заряде шара из цинка, облучаемого ультрафиолетом (задача на фотоэффект). Это следующие участники: Мороз Наталья, Школа, Знаменка, 8кл.; Говорухина Ксения, Лицей №11, Челябинск, 9кл.; Елистратова Елена, №13 ТЕНЛ, Троицк, 9кл.; Покровский Сергей, Школа "Развитие", Волгоград, 9кл.; Беликов Илья, Гимназия №1, "Досуг", Красный Сулин, 10кл.; Горшенкова Анастасия, Лицей № 11, Сосновка, 10кл.; Григорьев Максим, Лицей №11, Челябинск, 10кл.; Клименко Анастасия, Школа №24, Волгодонск, 10кл.; Чирица Ольга, Гимназия №42, Пенза, 10кл.; Борцова Анастасия, Лицей № 2, Братск, 11кл.; Мартыненко Георгий, Школа №61, Нижний Тагил, 11кл.

Настало время подвести окончательные итоги и назвать победителей второго тура Российского заочного конкурса по физике.

Лучшие результаты среди учащихся 7-8 классов:

Лучшие результаты среди учащихся 9 классов:

Лучшие результаты среди учащихся 10-11 классов:

Победителями конкурса в этом туре стали:

Мороз Наталья (Школа, Знаменка, 8кл.)

Елистратова Елена (МОУ №13 ТЕНЛ, Троицк, 9кл.)

Белых Артём (Средняя школа №10, Байконур, 10кл.)

Поздравляем ребят с победой и присуждением дипломов первой степени и премии в размере 1000 рублей каждому!

Дипломами второй степени награждаются:

Белослудцев Дмитрий (Школа №1, Лангепас, 8кл.)

Покровский Сергей (Школа "Развитие", Волгоград, 9кл.)

Григорьев Максим (Лицей №11, Челябинск, 10кл.).

Дипломами третьей степени награждаются:

Мельников Игорь (Школа №32, Озерск, 8кл.)

Меретова Дарья (Школа №3, Салехард, 9кл.)

Морозова Екатерина (Школа №24, Волгодонск, 9кл.)

Васильев Алексей (Лицей №11, Челябинск, 10кл.)

Всем остальным учащимся высылаются свидетельства Лауреатов или Участников Российского заочного конкурса по физике, начислены баллы в общероссийский интеллект-рейтинг.

	Реклама: