Документ 2286127

Кировское областное государственное автономное образовательное
учреждение дополнительного образования детей –
«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ»
ФИЗИКА, 2014
_____________________________________________________________________________
ЗАДАНИЯ, РЕШЕНИЯ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по проверке и оценке решений
заданий экспериментального тура
областного этапа олимпиады школьников
по физике
Кировской области
в 2013/2014 учебном году
Киров
2014
Печатается по решению учебно-методического совета КОГАОУ ДОД «Центр
дополнительного образования одаренных школьников» и методической
комиссии областного этапа всероссийской олимпиады школьников по физике
Задания, решения и методические указания по проверке и оценке решений
заданий экспериментального тура областного этапа олимпиады школьников по
физике Кировской области в 2013/2014 учебном году / К. А. Коханов,
А. П. Сорокин // Под ред. П. Я. Кантора, М. В. Гырдымова. – Киров: Изд-во
ЦДООШ, 2014. – 8 с.
Авторы и источники задач
Коханов К. А.: 7.1, 7.2, 8.2
Сорокин А. П.: 8.1
Научная редакция
Гырдымов М. В., канд. пед. наук, доцент
Кантор П. Я., канд. физ.-мат. наук, доцент
Подписано в печать 16.01.2014
Формат 60×841/16. Бумага типографская. Усл. печ. л. 0,35
Тираж 250 экз.
 КОГАОУ ДОД «Центр дополнительного образования одаренных школьников», 2014
 Коханов К. А., 2014
 Сорокин А. П., 2014
2
УСЛОВИЯ ЗАДАЧ
7 КЛАСС
Задача 1. Стеклянные палочки
Определите, во сколько раз отличаются массы стеклянных палочек.
Указание: формулы расчета геометрических характеристик цилиндра можно
спросить у жюри.
Оборудование: две цилиндрические стеклянные палочки с разной длиной и
диаметром, чистый лист бумаги, карандаш.
Задача 2. Масса шприца
Определите массу полимерного шприца без иглы.
Оборудование: шприц, вода, весы (без разновесов), при необходимости до 2
дополнительных полимерных шприцов бóльшего объема и разной вместимости.
Указание: плотность воды равна ρ = 1000 кг/м3.
3
8 КЛАСС
Задача 1. Стеклянная палочка
Определите массу стеклянной палочки.
Указание: плотность стекла неизвестна, плотность воды равна 1000 кг/м3.
Оборудование: палочка из стекла, мензурка, пробирка, вода.
Задача 2. Неисправный термометр
Определите температуру теплой воды.
Указание: 1) если давление газа p не меняется, то отношение объема V, занимаемого газом, к абсолютной температуре газа Т остается постоянным:
V1 V2 V3
=
=
= ... . Абсолютная температура газа рассчитывается по формуле:
T1 T2 T3
Т = t +273, где t – температура в градусах Цельсия;
2) с ростом температуры жидкости, частично заполняющей закрытый сосуд,
увеличивается испарение с поверхности жидкости и растет давление водяного
пара. При температурах, близких к 0°С, давление водяного пара по сравнению с
атмосферным очень мало и им можно пренебречь. При 50°С давление водяного
пара меньше атмосферного примерно в 10 раз.
Оборудование: теплая вода, снег, шприц объемом 10 мл, два стаканчика объемом 0,5 л.
4
ПРИГЛАШАЕМ В ЛЕТНЮЮ ШКОЛУ!
Кировская ЛМШ основана в 1985 году и проводится с тех пор ежегодно. Это летний лагерь, где школьники сочетают отдых с интенсивными
занятиями. В ЛМШ четыре потока — математический, физический,
биологический и химический. Каждый ученик может учиться только на
одном потоке. Физический поток существует 20 лет и на него
принимаются учащиеся, окончившие 8, 9 или 10 классы.
Обучение состоит из регулярных ежедневных занятий с 9.00 до 13.00,
а также проводимых во второй половине дня соревнований по предметам, консультаций, кружков, лекций и факультативов. Численность учебной группы обычно не более 20 человек. Количество учеников физического отделения остается стабильным на протяжении почти 10 лет и составляет около 50 человек. Из них около 20 школьников – представители
Кировской области, а остальные – из других регионов и стран (Украина,
Казахстан). Например, в 2013 году на потоке обучались ребята из Арбажа,
Бугульмы, Вятских Полян, Екатеринбурга, Ижевска, Казани, Кирова, Кирово-Чепецка, Магнитогорска, Набережных Челнов, Новоуральска, Омска, Павлодара (Казахстан), Перми, Самары, Санкт-Петербурга, Саратова,
Слободского, Смоленска, Соснового Бора, Сыктывкара, Тольятти, Ульяновска, Уржума, Чебоксар. На параллели 8-го класса обычно учится до 15
человек, на 9-х и 10-х по 15 – 20 школьников.
На физическом отделении за время его существования училось 18 победителей Международных физических олимпиад. Как правило, двоетрое бывших учеников и дипломантов международных олимпиад по физике приезжают в ЛМШ в качестве преподавателей.
Страничка Кировской ЛМШ в Интернете: http://cdoosh.kirov.ru/sms/index.html.
Познакомиться с мнениями об ЛМШ её учеников и преподавателей, посмотреть фотографии, сделанные в школе, можно в сообществах социальной сети:
vkontakte.ru ЛМШ Киров (http://vkontakte.ru/club41447),
Клуб любителей Кировской ЛМШ (http://vkontakte.ru/club558145),
Есть ли жизнь после ЛМШ? (http://vkontakte.ru/club4033135) и др.
Большинство учеников ЛМШ стремятся вернуться в нее снова и снова. Для
поступления на физическое отделение в 2014 году необходимо
либо стать призером регионального/областного этапа всероссийской олимпиады школьников 2014 года,
либо стать призером в личной олимпиаде Кировского турнира
юных
физиков
(официальная
страница
турнира:
cdoosh.ru/kypt/kypt.html, страничка ВКонтакте: vk.com/kirovypt, канал на YouTube: youtube.com/user/kirovypt),
либо иметь персональное приглашение по результатам прошлогодней учебной смены,
либо выполнить вступительную работу, рассылаемую в конце апреля (http://cdoosh.ru/lmsh/about.html).
5
РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
7 КЛАСС
Задача 1. Стеклянные палочки
Массы палочек отличаются во столько же раз, во сколько раз отличаются их
m1 ρV1 V1 S1 h1 πR12 h1 R12 h1
объемы:
=
=
=
=
=
(1).
m2 ρV2 V2 S2h2 πR22 h2 R22h2
Все размеры палочек можно выразить, например, через радиус первой палочки. Для определения высоты любой палочки отметим ее вершины на листе бумаги, а затем прокатим первую палочку от одной отметки до другой. Тогда высота
палочки равна h = N ⋅ 2πR1 (2).
Радиус второй палочки найдем так: прокатим ее по листу бумаги, сделав n2
оборотов, затем на такое же расстояние прокатим первую палочку. Тогда
n
2πR2 n2 = 2πR1 n1 , R2 = R1 1 (3).
n2
R12 ⋅ N 1 ⋅ 2πR1
n22 ⋅ N 1
= 2
.
2
n
n
⋅
N
1
2
R12 12 ⋅ N 2 ⋅ 2πR1
n2
Критерии оценивания
Описание связи массы с объемом (формула (1)) ...............................................3
Формула (2) или соответствующее описание .....................................................2
Формула (3) или соответствующее описание .....................................................2
Измерение (определение) каждого необходимого
для расчетов параметра (n1, n2, N1, N2)................................................................1
Расчет .....................................................................................................................4
m
В итоге 1 =
m2
Задача 2. Масса шприца
На одну чашу весов накладываются вместе большой шприц (например, вместимостью Vб = 20 мл и массой mб = 10,2 г) и малый (то есть исследуемый, с
Vх = 2 мл и mх = 2,3 г), на вторую – средний шприц (Vс = 10 мл и mс = 6,7 г). Средний шприц заполняется водой настолько, чтобы весы пришли в равновесие. Обозначим объем добавленной воды V1.
Далее с чаши убирается исследуемый шприц. Из среднего по размерам шприца удаляется такое количество воды, чтобы весы вновь пришли в равновесие.
Обозначим оставшийся в шприце объем воды через V2. Масса вылитой из шприца воды равна массе убранного шприца. Значит, искомая масса равна
m х = ρ(V1 − V2 ) .
Критерии оценивания
Описание метода...................................................................................................6
Измерение каждого объема (V1 и V2) ..................................................................2
Нахождение массы................................................................................................3
Многократные измерения и нахождение среднего значения массы ..............2
6
8 КЛАСС
Задача 1. Стеклянная палочка
В мензурку с водой поместим пробирку отверстием вверх. На нее действует сила
тяжести Fт и сила Архимеда Fа. При плавании Fт = Fа, то есть mп g = ρ вV п g (1),
где mп – масса пробирки, ρв – плотность воды, Vп – объем погруженной части
пробирки, g – постоянная.
Поместим в плавающую пробирку стеклянную палочку массой mc. В этом случае (m п + m с )g = ρ в (V п + ∆V )g (2), где ∆V – увеличение объема погруженной части пробирки.
Выражая из уравнения (1) массу пробирки mп и подставляя в уравнение (2), получим формулу для нахождения массы стеклянной палочки: mс = ρ в ∆V (3).
Критерии оценивания
Описание метода измерения ...............................................................................6
Нахождение массы стеклянной палочки ...........................................................5
Выполнение опыта не менее трех раз с расчетом среднего значения массы .4
Задача 2. Неисправный термометр
Обозначим искомую температуру жидкости t1. Для опыта необходимо в один
стакан налить теплую воду, а во втором подготовить ледяную воду с температурой t2 = 0°С: для этого смешать воду с таким количеством снега, чтобы часть снега плавала в воде, не тая.
Чтобы давление водяных паров как можно меньше сказывалось на результатах
измерений температуры, опыт следует проводить так. Сначала нужно набрать в
шприц V1 ≅ 5 см3 воздуха и погрузить в теплую воду отверстием вверх, чтобы сопло было над водой и попадание нагретого водяного пара в шприц было минимальным. Удерживая шприц за сопло, нужно прогреть находящийся в шприце
воздух до искомой температуры t1.
Затем, закрыв отверстие пальцем (или очень быстро), перенести шприц в холодную воду так, чтобы отверстие оказалось внизу, и холодная вода могла затекать в шприц. Когда вода перестанет заполнять шприц (температура воздуха в
шприце станет равной t2 = 0°С), нужно измерить объем воздуха V2. Абсолютная
V V
V
температура теплой воды может быть найдена из формулы 1 = 2 : Т 1 = T2 ⋅ 1
T1 T2
V2
V
(1), а искомая t1 = T2 ⋅ 1 − 273 (2).
V2
Критерии оценивания
Описание метода измерения, при котором шприц
сперва погружается в теплую воду ......................................................................7
Описание иного метода измерения, при котором не учитывается давление
насыщенных водяных паров при высокой температуре...................................3
Измерения каждого из объемов воздуха (V1 и V2) .............................................2
Определение температуры...................................................................................2
Выполнение опыта не менее трех раз с расчетом средней температуры .......2
7
Дорогие друзья!
11 декабря 2013 года
КОГАОУ ДОД «ЦДООШ» (Россия)
совместно
с Творческим объединением «Подсолнух» (Украина)
провели традиционную Международную естественнонаучную игру «Гелиантус» для школьников
5–11-х классов.
Гелиантус – красивое и полезное растение, так и задачи
игры красиво оформлены и полезны для формирования
целостной картины мира у игроков. Во время конкурса каждый из причастных к игре погрузился в интересный и
удивительный мир металлов, камней, костей и тканей.
Основная часть вопросов, связанных с металлами, была
по физике, с камнями – по химии, с костями – по биологии,
с тканями – по географии. Например, в 7–8-х классах о металлах было задано 4 вопроса по физике и по одному – по
химии, биологии и географии; о производстве – 4 вопроса
по химии и по одному – по другим предметам и т. д. В целом спецификация заданий такова: 5–6-х классах
2 + 1 + 1 + 1 вопрос о каждом объекте, в 7–8-х классах
4 + 1 + 1 + 1 вопрос о каждом объекте; в 9-м классе
3 + 2 + 2 + 2 вопроса о каждом объекте; в 10–11-х классах
4 + 2 + 2 + 2 вопроса о каждом объекте. Стоимость всех вопросов составляла 1 балл.
В следующем году конкурс «ГЕЛИАНТУС» раскроет
свою корзину и для учеников младшей школы!
В 2013 году в конкурсе приняло участие более 8600 учащихся из всех уголков Кировской области вместе со школьниками из 45 регионов России и всей Украины.
Задания, решения и результаты конкурса размещены на
сайте ЦДООШ (http://cdoosh.ru/helianthus/helianthus.html).
8