РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ 9 КЛАСС. Задача № 1.

РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ
9 КЛАСС.
Задача № 1. Электрическая цепь, схема которой представлена на чертеже, состоит
из двух источников тока Е1 = 12 v и Е2 = 3 v с внутренними сопротивлениями r1 = 1Ω и
r2 =2 Ω, подключены, как указано на схеме, к сопротивлению R = 6 Ω через ключ К.
Найти напряжения на контактах источников тока.
Решение задачи №1
Источники тока включены встречно. Е1 пропускает ток в Е2 навстречу, поэтому
Е0 = Е1 - Е2 = 12 - 3 = 9В. 2. Все приборы цепи включены последовательно. Общее
сопротивление цепи: R0 = R + r1 + г2 = 6 +1 +2 = 9 Ом. 3. Ток в цепи находится по формуле
для последовательного соединения: I = (Е1 - Е2)/ R0 = 12/9 = 4/3 ≈ 1,ЗЗА. 4. На источнике Е1
падение напряжения на внутреннем сопротивлении U1 = I* r1 = (4/3)* 1 = 4/3 В, вычитается
из ЭДС Е1 5. На контактах остаётся: напряжение U1 = 12 - 4/3 = 10,67 В. 6. На втором
источнике падение напряжения на внутреннем сопротивлении U11 = I* г2 = (4/3)*2 =
8/3=2,67 В добавляется к Е2: 7. U2 = Е2 + U11 = 3 + 2,67 = 5,67 В. Ответ: На первом
источнике напряжение станет U1 = 10,67 В, на втором U2 = 5,67 В.
Критерии оценки решения задачи № 1.
1. Объяснения влияния ЭДС источников тока, включённых в цепь «встречно».
(Определение электродвижущей силы цепи как разности двух ЭДС).
2 балла
2. Вычисление силы тока
3. Нахождение напряжения на источнике Е1
4. Нахождение напряжения на источнике Е2
5. Правильное оформление ответа
2 балла
2 балла
3 балла
1 балл
Итого 10 баллов
Задача № 2. Перевёрнутый стакан наполнен водой и подвешен на нити так, что
касается кромкой свободной поверхности воды. Вес стакана Р1, вес воды в стакане Р2.
Каково натяжение нити?
Решение задач №2
На стакан с боков действуют одинаковые горизонтально направленные встречные силы,
которые уравновешиваются. Вес стакана направлен вниз и уравновешивается нитью. Так
же уравновешивается нитью вес воды в стакане. Он, создавая пониженное давление в
верхней части стакана у его дна не уравновешивает давление воздуха сверху, т.к. вода
передаёт давление по всем направлениям без изменения. Разностью атмосферного
давления на поверхность воды и на дно стакана сверху можно пренебречь. Поэтому
Fнити = Рстак + Рводы . Ответ : Fнити = Рстак + Рводы .
Критерии оценки решения задачи № 2
1. Знание о наличии атмосферного давления и его незначительного изменения
по высоте стакана (из-за малой высоты)
1 балл
2. Знание того, что жидкость передаёт давление по всем направлениям
без изменения
1 балл
3. Понимание того, что вода своим весом действует вниз, навстречу
переданному атмосферному давлению
2 балла
4. Правильная формулировка ответа о сумме сил веса воды и веса стакана 2 балла
Итого 6 баллов
Задача № 3. Составной стержень
представляет
собой
два
соосных
цилиндра одинакового сечения плотно
прижатых друг к другу. Будучи
подвешенным
на
нити,
плотно
охватывающей его в месте стыка, он
принял
горизонтальное
положение.
Длины отдельных его частей относятся
как 1:2. Найти отношение плотностей его
отдельных частей ρ1:ρ2.
Решение задачи №3
Стержень, будучи подвешенным на нити, оказался в равновесии. По условию равновесия
сумма сил и сумма моментов сил действующих на тело равна нулю.
1. Fнити = Р1 + Р2 . Ось вращения - место подвеса на нить. 2. Силы тяжести, в данном случае
они равны весу каждой из частей, приложены к середине каждой из них, поэтому плечи
сил: у Р1 есть 11/2, у Р2 есть 12/2. 3. Сумма моментов сил равна нулю: М1 + М2 = 0, они
равны между собою: М1 = Р1*11/2 и М2 = Р2*12/2. Т.к. по условию 2 11 = 12 = l.
4. Р1*l/2 = Р2*l. (1). 5. Сокращая в уравнении (1) на g,l, имеем: Р1 = m1gl/2=2 Р2.
Следовательно m1=2m2. Т.к. длина 12 = 211, то при одинаковом поперечном сечении объём
V = V2 =2V1. 6. Плотность р = m/V. р1 = m1/V1= 2m2/V1. р2 = m2/2V1. Отсюда р1/р2 = 4.
Ответ: Отношение плотностей р1/р2 = 4.
Критерии оценки решения задачи №3.
1. Знание соотношения массы, объёма и плотности,
2. Выражение объёма тела, через площадь поперечного сечения и длину
1 балл
1 балл
3. Знание понятия «Момент силы»
1 балл
.
4. Знание о равнодействующей веса и точке приложения её в симметричном теле
2 балла
5. Использование понятия «равновесие тела» через правило моментов
3 балла
6. Дача аргументированного ответа
2 балла
Итого 10 баллов
Задача № 4. Тело массой 0,5 кг бросили вертикально вниз сообщив с высоты 30 м,
сообщив ему скорость 25 м /с. При ударе о землю она составляла 30 м /с. Определит силу
сопротивления воздуха при движении тела и величину работы при падении.
Решение задачи № 4
В этой задаче и в остальных правильно записанные данные физических величин с
использованием стандартных обозначений или, при нужде, объяснение отступа от стандарта.
Возможное решение
1. Тело, поднятое над землей, обладает запасом потенциальной энергии
.
2. Движущееся тело имеет кинетическую энергию:
В высшей точке траектории:
у поверхности
.
;
.
3. При полете тело совершило работу против сил сопротивления А.
4. Уравнение перехода энергии:
.
0,5(9,8*30+625/2 – 900/2)=78,25
5. Вычисление средней силы сопротивления
=78,25/30=2,61 Н
Ответ: Среднее значение силы сопротивления FC=2,61, величина работы, совершенной
телом, A=78.25
Критерии оценки решения задачи №4.
1. Владение понятиями «потенциальная энергия» и «кинетическая энергия» 2 балла
2. Знание закона сохранения энергии и использование понятия превращения
энергии (перехода) из одного вида в другой
2 балла
3. Составление и правильное решение энергетического уравнения
4 балла
4. Грамотно оформленный ответ
2 балла
Итого 8 баллов
Задача № 5. В электрическую цепь включены три вольтметра (см. рис.). При разомкнутом
ключе К они показали напряжения: V1 = 10 В, V2 = 20 В, V3 = 30 В. Какими будут показания
вольтметров при замыкании ключа К?
Решение задачи №5
1. Вольтметры включены в сеть последовательно, следовательно в них течет одинаковый ток
, согласно закону Ома
.
2. Напряжения относятся между собой:
. После сокращения силы тока:
.
3. Напряжение
остается постоянным и равно сумме показаний:
4. При замыкании ключа
, напряжение
их сопротивлению
распределяется между
.
и
пропорционально
;
, отсюда
,
;
;
.
Ответ: При замыкании ключа К вольтметры покажут:
;
;
.
Критерии оценки решения задачи №5.
1. Использование понятия о законах последовательного соединения
3 балла
2. Знание закона Ома и использование его для выражения силы тока
3 балла
3. Выражение напряжения через соотношения сопротивлений или
через использование символов, обозначающих параметры цепи
3 балла
4. Правильное выражение ответа
1 балл
Итого 10 баллов
Задача № 6. Почему на нашей планете Земля неподвижное относительно её поверхности
тело на разных широтах имеет разный вес?
Решение задачи 6
1.
на экваторе, поэтому сила всемирного тяготения меньше чем на космосе
, где m – масса тела, M – масса Земли, R – расстояние до центра. Для шаров сила
взаимного тяготения определяется не только массами, но и расстоянием между центрами
.
2. Экватор, двигаясь вокруг неподвижной земной оси, совершает вращательное движение.
Удерживая тело на орбите, Земля сообщает центростремительное ускорение и от этого тело
меньше давит на поверхность Земли и падает на нее с меньшим ускорением:
.
3. При попытках (даже не очень удачных) производить расчеты по верным формулам комиссия
должна добавить баллы по своему усмотрению.
Критерии оценки решения задачи № 6.
1. Объяснение различных расстояний от центра Земли и разных сил тяготения без
приведения формул силы тяготения между телами
1 балл
2. Указание на влияние центростремительного ускорения на экваторе
2 балла
3. При полном расчете веса как силы взаимодействия между массой
земного шара и массой тела, приводящим к близкому к истине ответу
22 бала
Итого от 3 до 25 баллов
Задача № 7. Определите массу льда, взятого при температуре t = -10o C, которую можно за
время t = 10 минут растомить с помощью электрической плитки, потребляющей 600 Вт. Считать
теплоёмкость льда: сл = 2,1 *103 Дж/(кг*гр), удельная теплота плавления:
λ = 3,2*1
Решение задачи 7
1. Электрическая плитка, потребляя из сети энергию, передает часть ее льду:
2. Теплота расходуется на нагревание льда от
до
.
– точки плавления. Оно происходит
при постоянной температуре
.
3. Теплота расходуется на плавление льда:
4. Уравнение теплового баланса
.
=>
=>
.
Ответ: За 10 минут плитка растопит
льда, взятого при
.
Критерии оценки решения задачи №7.
2.
3.
4.
5.
6.
1. Пользование терминологией при расчёте энергетических процессов
1 балл
Формула количества теплоты, полученной телом при нагревании
1 балл
Формула количества теплоты, полученной телом при плавлении
1 балл
Формула количества теплоты, выделенной электроплиткой с учётом КПД
1 балл
Уравнение теплового баланса и расчет
2 балла
Правильная запись ответа
1 балл
Итого 7 баллов
10 и 11 КЛАССЫ
Задача № 1.
На схеме представлена электрическая цепь, в которую к источнику Е
= 6 В включены сопротивления R1 = 4 Ω, R2 = 6 Ω, R3 = 0,6 Ω и R4 = 7
Ω. Найти величину тока в сопротивлении R1 при замкнутом ключе К.
Решение задачи 1
1.
;
;
;
;
Для внешней части цепи общее сопротивление
2.
3. Общее сопротивление
Падение напряжение внутри источника тока
4. Напряжение на внешней части цепи:
5. Ток в сопротивлении
6. Соотношение токов:
и в участке AB (
= )
Ответ:
; в проводнике
.
Критерии оценки решения задачи № 1.
1. Определение сопротивления отдельных участков цепи (в символах или численно – безразлично,
оценка одинакова) АВ , АВС, АDВС
4 балла
2. Определение сопротивления всей цепи
2 балла
3. Нахождение величины тока в источнике и напряжения на контактах источника
2 балла
4. Нахождение величины тока в сопротивлении
5. Нахождение напряжения на участке
R2
АВ
6. Нахождение величины тока в сопротивлении
1 балл
1 балл
R1 и правильная запись ответа
2 балла
Итого 12 баллов
Задача № 2
В двигателе ориентации космического корабля газ перед выбросом из сопла разогревается до
температуры 1400оС. Считать, что газ состоит на 30 % из азота, другая часть – из атомов, масса которых в 1,5
раза больше, чем у азота. Определить механическую мощность двигателя при расходе рабочего вещества
20 г/с. С какой силой истекающая при температуре 200оС струя газа действует на корпус космического
корабля? Принять полный КПД двигателя равным 25%.
Решение задачи 2
Сгорающее в двигателе вещество выделяет тепловую энергию, от которой происходит нагревание
вещества, приводящее к повышению давления и выбросу струи разогретого газа, отдача которого
действует на корпус с силой F. Мощность двигателя связана с действующей силой соотношением:
=>
(1).
Изменение запаса внутренней энергии газа
, где
– молярная масса,
– молярная газовая постоянная,
T(K) – абсолютная температура (по шкале Кельвина).
Изменение энергии
в зависимости от изменения температуры
.
Соответственно мощность теплового процесса
С учетом КПД
. В нашем процессе
.
(2) =>
Мощность двигателя выражается через произведение силы на скорость
,
Скорость связана с кинетической энергией
=>
,
,
Ответ: двигатель ориентации действует на корпус с силой 0,6Н
Критерии оценки решения задачи № 2
1. Объяснение получения механической энергии в двигателе
3балла
2. Объяснение возникновения силы , действующей на корпус
3 балла
3. Нахождение массы газа
3 балла
4.Преобразование формул (решение)
3 балла
5. Вычисления, проверка размерности ответа: F= [(кг2*м2с-4) ½ ] = Н
2 балла
6. Формулировка и запись ответа
1 балл
Итого 15 баллов
Задача № 3.
Две тонкие металлические пластины площадью S = 0. 5 м2, расположение
параллельно на расстоянии d = 1 мм, имеют заряды Q1 = + 8,85*10-9Кл и Q2 =
- 4,42*10-9Кл. Определить напряжённость электростатического поля около
них в точках А, В, С и силу взаимодействия между ними.
Решение задачи 3
1. Для расчета напряженности электрического поля около заряженных плоских поверхностей закон Кулона
неприменим. Напряженность однородного электростатического поля около плоской поверхности
определяется по формуле
2.
, где
– плотность заряда.
,K
– плотность заряда.
Если на обеих пластинах заряды одного знака, то напряженности, направленные в точках встречно
вычитаются:
.
Для разноименных
Ответ:
,
,
.
.
Критерии оценки решения задачи № 3.
1. Объяснение, что поле однородное, формула определения напряжённости в нём
2. Сложение, вычитание напряжённостей
1 балл
2 балла
3. Нахождение воздействия электростатического поля на заряд
4. Правильные вычисления и оформление ответа
2 балла
1 балл
Итого 6 баллов
Задача № 4.
В сосуде находится углекислый газ m1 = 10 г и азот m2 = 15г. При температуре t = 27оС смесь газов создаёт
давление p =1,5*105 Па. Найти плотность смеси.
Решение задачи 4
Эти данные определяются уравнением состояния газа.
Молярная масса СО2
.
Молярная масса N2
.
K,
Уравнение состояния газов при данных условиях:
1)
; 2)
;
Сложив уравнения (1) и (2) получим
Согласно закону Дальтона давление смеси равно сумме давлений отдельных компонентов
;
Очевидно общая плотность
Т.к.
Ответ: плотность смеси
Критерии оценки решения задачи № 4.
1. Использование уравнений Менделеева – Клапейрона
1 балл
1. Знание и использование закона Дальтона
1 балл
2. Преобразования уравнения Менделеева – Клапейрона
2 балла
3. Выражение объёма смеси газов
2 балла
4. Вычисление и формулирование ответа
1 балл
Итого 7 баллов
Задача № 5.
Известно, что Земля имеет форму шара, сжатого ≈ на 22 км вдоль оси суточного вращения. Экватор имеет
форму окружности длиной 40076 км. Считая длительность земных суток 24 часа, определить разницу веса
тела на полюсе и экваторе. На полюсе тяготение сообщает телам ускорение свободного падения g = 9, 86
м/с2. Постоянная всемирного тяготения G = 6,67*10-11Нм2/кг2.
Решение задачи 5
1. Радиус экватора
.
Полярный радиус Земли составляет
.
2. На полюсе на тело действует только сила тяготения. Она и создает вес неподвижного тела:
3. На экваторе на тело, неподвижное относительно поверхности Земли действует сила тяготения.
, которая еще и сообщает ему центростремительное ускорение вследствии движения по
окружности экватора.
4.
;
Поэтому вес на экваторе меньше на
5. Считая m=1 кг найдем радиус весов
, - дополнительное ускорение.
На полюсе сила тяготения сообщает ускорение
На экваторе
.
Критерии оценки решения задачи № 5.
1. Определение земных радиусов: экваториального и полярного
1 балл
2. Определение сил тяготения на полюсе и Экваторе
2 балла
3. Определение веса на полюсе и на экваторе с учётом центростремительной
составляющей веса
. (Выражение веса через ускорение свободного падения)
4 балла
4. Выражение разности весов в процентном отношении
3 балла
5. Правильная запись ответа
2 балла
Итого 12 баллов
Задача № 6.
На чертеже представлена схема электрической цепи,
состоящей из двух источников тока Е1 = 12 В, r1 = 1Ω, и Е2 = 3
В, r2 =2Ω сопротивления R= 6Ω и размыкающего ключа К.
Найти напряжения на источниках тока при замкнутом ключе K.
E1
E2
Решение задачи 6
Все элементы электрической цепи соединены последовательно. Общее сопротивление
Источники тока включены «встречно», поэтому
, (учитывая, что
)
Ток в цепи:
Напряжение же в первом источнике тока
Критерии оценки решения задачи № 6.
.
1. Объяснения влияния ЭДС источников тока, включённых в цепь «встречно».
электродвижущей силы цепи как разности двух ЭДС).
2 балла
(Определение
2. Вычисление силы тока
2 балла
3. Нахождение напряжения на источнике Е1
2 балла
4. Нахождение напряжения на источнике Е2
3 балла
5. Правильное оформление ответа
1 балл
Итого 10 баллов
Задача № 7.
В прямоугольной комнате размером в = 3.5 м, длиной с = 10
м, высота стен h =3,2 м в углу А на высоту стен установлены
два вертикальных зеркала шириной а = 1 м, плотно
прилегающие друг к другу. В точке S, на расстоянии а от стен
установлен точечный источник света, излучающий свет только
на зеркала. Если в комнате существуют зоны, куда не
попадает отражённый от зеркал свет, определите их и
вычислите площадь неосвещённой поверхности.
Решение задачи 7
На чертеже отмечены жирными линиями зоны, куда не попадают лучи, отраженные от зеркал один
раз (от мнимых источников S1 и S2) на стене AB, BC, части стены CD и AD (CE и AF) и дважды
отраженные от обоих зеркал (от S3) участок KL; Участок FK определяется как разность катетов
подобных прямоугольных треугольников
∆A1 S3 K ~ ∆AMK
, где
,
,
; =>
,
;
Пользуясь правилами подобия треугольников, полученных от пересечения пучком прямых,
проходящих через точку S3 параллельными линиями AD и B1C.
, где
;
;
,
Участок
Участок
;
;
Общая длина неосвященной части стены:
м2
,
Ответ: неосвященная часть стены составляет 21 м2
Критерии оценки решения задачи № 7
1 Найдены изображения источника света S1, S2, S3
2. Найдены (полностью) участки на стенах АВ и ВС
3.
Найдены участки на стенах AD (полностью) и DС (частично)
4. Найдена зона освещённости двойным отражением на DС
5. Найдены и вычислены зоны неосвещённые на DС
1+2 = 3 балла
1 балл
1 балл
5 балла
2 балла
6. Вычислена суммарная площадь неосвещённой части стен
2 балла
7. Правильно написан ответ
1 балл
Итого 15 баллов