В цилиндрическом сосуде длительное время
Задачи, тесты
Продолжение. См. № 19,
21/2009,
2,
3,
5/2010
Часть 3
Задания С1–С6 представляют собой задачи, полное решение которых необходимо записать в бланке ответов № 2. Рекомендуется провести предварительное решение на черновике. При оформлении решения в бланке ответов № 2 запишите сначала номер задания (С1 и т. д.), а затем решение соответствующей задачи.
В задаче С1 следует записать развёрнутый ответ, поясняющий физические процессы, описанные в задаче, и ход ваших рассуждений.
C1. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и её пар. Поршень начинают вдвигать в сосуд. При этом температура воды и пара остаётся неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните.
Полное правильное решение каждой из задач С2–С6 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.
C2. На гладкой горизонтальной плоскости находится длинная доска массой M = 2 кг. По доске скользит шайба массой m = 0,5 кг. Коэффициент трения между шайбой и доской µ = 0,2. В начальный момент времени скорость шайбы υ0 = 2 м/с, а доска покоится. Сколько времени потребуется для того, чтобы шайба перестала скользить по доске?
C3. Один моль одноатомного идеального газа переходит из состояния 1 в состояние 3 в соответствии с графиком зависимости его объёма V от температуры T (T0 = 100 К). На участке 2–3 к газу подводят количество теплоты 2,5 кДж. Найдите отношение работы газа А123 ко всему количеству подведённой к газу теплоты Q123.
C4. Напряжённость электрического поля плоского конденсатора (см. рисунок) равна 24 кВ/м. Внутреннее сопротивление источника r = 10 Ом, ЭДС 
= 30 В, сопротивления резисторов R1 = 20 Ом, R2 = 40 Ом. Найдите расстояние между пластинами конденсатора.
C5. На непроводящей горизонтальной поверхности стола лежит проводящая жёсткая рамка из однородной тонкой проволоки, согнутой в виде равностороннего треугольника ADС со стороной, равной a (см. рисунок). Рамка, по которой течёт ток I, находится в однородном горизонтальном магнитном поле, вектор индукции которого B перпендикулярен стороне CD. Каким должен быть модуль индукции магнитного поля, чтобы рамка начала поворачиваться вокруг стороны CD, если масса рамки m?
C6. В двух опытах по фотоэффекту металлическая пластинка облучалась светом с длинами волн соответственно λ1 = 350 нм и λ2 = 540 нм. В этих опытах максимальные скорости фотоэлектронов отличались в υ1/ υ2 = n = 2 раза. Какова работа выхода с поверхности металла?
Инструкция по проверке и оценке работ ч. 3
Решения заданий С1–С6 ч. 3 (с развёрнутым ответом) оцениваются экспертной комиссией. На основе критериев, представленных в приведённых ниже таблицах, за выполнение каждого задания в зависимости от полноты и правильности данного учащимся ответа выставляется от 0 до 3 баллов.
Задача С1
Образец возможного решения | |
1) Вода и водяной пар находятся в закрытом сосуде длительное время, поэтому водяной пар является насыщенным. При вдвигании поршня происходит изотермическое сжатие пара, давление и плотность насыщенного пара в этом процессе не меняются. Следовательно, будет происходить конденсация паров воды. Значит, масса жидкости в сосуде будет увеличиваться. | |
Критерии оценки выполнения задания на 3 балла | |
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: – верно указаны физические явления и законы (в данном случае – водяной пар становится насыщенным, независимость плотности (давления) насыщенного пара от объёма при данной температуре) и дан верный ответ; – приведены рассуждения, приводящие к правильному ответу. | 3 |
Представлено правильное решение и получен верный ответ, но: – указаны не все физические явления или законы, необходимые для полного правильного ответа, ИЛИ – не представлена схема электрической цепи, ИЛИ – не представлены рассуждения, приводящие к ответу. | 2 |
Правильно указаны физические явления или законы, но в рассуждениях содержится ошибка, которая привела к неверному ответу, ИЛИ – содержится только правильное указание на физические явления или законы, ИЛИ – представлен только правильный ответ. | 1 |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | |
Задача С2
Образец возможного решения | |
1. Внешние силы, действующие на систему тел доска–шайба, направлены по вертикали и в сумме равны нулю. Импульс системы тел доска–шайба относительно Земли сохраняется: mυ0 = (M + m)υ, где υ – скорость шайбы и доски после того, как шайба перестала скользить по доске. 2. Сила трения, действующая на доску со стороны шайбы, постоянна: Fтр = µmg. Под действием этой силы доска движется с ускорением
Ответ. τ = 0,8 с. | |
Критерии оценки выполнения задания | Балл |
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – закон сохранения импульса, второй закон Ньютона, формула для силы трения); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу, и | 3 |
представлен ответ (включая единицы измерения). При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). | |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчётов, ИЛИ – правильно записаны необходимые формулы, записан правильный ответ, но не представлены преобразования, приводящие к ответу, ИЛИ – в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка, которая привела к неверному ответу. | 2 |
В решении содержится ошибка в необходимых математических преобразованиях и отсутствуют какие-либо числовые расчёты, ИЛИ – записаны все исходные формулы, необходимые для решения задачи, но в ОДНОЙ из них допущена ошибка ИЛИ – отсутствует одна из формул, необходимых для решения задачи. | 1 |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла (использование неприменимого закона, отсутствие более одного исходного уравнения, разрозненные записи и т. п.). | |
и достигает скоростиυза время
Задача С3
Образец возможного решения | |
Согласно первому закону термодинамики, Q123 = ∆U123 + A123, где А123 = А12 + А23; ∆U123 = ∆U12 + ∆U23. В изохорном процессе А12 = 0, а в изотермическом процессе ∆U23 = 0. | |
Поэтому Q123 = ∆U12+ A23 и А123 = А23. При переходе 2–3: Q23 = ∆U23 + A23 = A23. Следовательно, Q123 = ∆U12 + Q23. Изменение внутренней энергии газа при переходе 1–2: ∆U12 = (3/2)νR∆Т12. Поскольку ∆Т12 = 2Т, то ∆U12 = 3νRТ. Поэтому | |
Критерии оценки выполнения задания | |
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – первый закон термодинамики, формула для расчёта внутренней энергии одноатомного идеального газа, равенство нулю работы газа при изохорном процессе); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ (включая единицы измерения). При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). | 3 |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчётов, ИЛИ – правильно записаны необходимые формулы, записан правильный ответ, но не представлены преобразования, приводящие к ответу, ИЛИ – в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка, которая привела к неверному ответу. | 2 |
В решении содержится ошибка в необходимых математических преобразованиях и отсутствуют какие-либо числовые расчёты, ИЛИ – записаны все исходные формулы, необходимые для решения задачи, но в ОДНОЙ из них допущена ошибка, ИЛИ – отсутствует одна из формул, необходимых для решения задачи. | 1 |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла (использование неприменимого закона, отсутствие более одного исходного уравнения, разрозненные записи и т. п.). | |
Задача С4
Образец возможного решения |
Электрический ток через последовательно включённые R1и С не идёт, поэтому напряжения на конденсаторе и резисторе R2 одинаковы и равны: U = IR2, U = Ed, где Е – напряжённость поля в конденсаторе.
Ответ. d = 10–3 м = 1 мм. |
Критерии оценки выполнения задания* на 3 балла |
<…> 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – закон Ома для полной цепи и участка цепи, равенство напряжений на параллельно соединённых элементах цепи, связь разности потенциалов с напряжённостью поля) <…> |
Задача С5
Образец возможного решения |
По рамке течёт ток I. Пусть модуль вектора магнитной индукции равен В. На стороны рамки действует сила Ампера: на сторону АD: FA1 = IaB sin(π – α) = (1/2)IaB, т. к. α = 30°; на сторону AС: FA2 = IaB sinα = (1/2)IaB; на сторону CD: FA2 = IaB. Суммарный момент этих сил относительно оси CD:
Допускается ответ в виде равенства. |
Критерии оценки выполнения задания на 3 балла |
<…> 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – выражение для силы Ампера, формула для момента силы, условие выхода из равновесия твёрдого тела с осью вращения ) <…> |
Задача С6
Образец возможного решения |
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в первом опыте: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта во втором опыте: Связь длины волны света с частотой в первом опыте: λ1 = с / ν1 (3) Связь длины волны света с частотой во втором опыте: λ2 = с / ν2 (4) Отношение максимальных скоростей фотоэлектронов: Решая систему уравнений (1)–(5), получаем:
Ответ. Авых ≈ 3,0 · 10–19 Дж ≈ 1,9 эВ. |
Критерии оценки выполнения задания на 3 балла |
<…> 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и формула, связывающая длину электромагнитной волны с частотой) <…> |
Продолжение
следует
* Текст в скобках критериев оценки на 3 балла, а также критерии оценки на 2, 1 и 0 баллов такие же, как в предыдущей задаче. – Ред.
Источник
8763. Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображенного на рисунке 1. Пролетая сквозь закрепленное проволочное кольцо, стержень создает в нем электрический ток, сила которого изменяется со временем так, как показано на рисунке 2.
Почему в моменты времени t1 и t2 ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь.
Индукционный ток в кольце вызван ЭДС индукции, возникающей при пересечении проводником линий магнитного поля. По закону индукции Фарадея ({cal E} = {{Delta F} over {Delta t}}) . ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, т.е. количеству линий, пересекаемых кольцом в секунду. Она тем выше, чем больше скорость движения магнита.
Сила тока ( I ) , в соответствии с законом Ома для замкнутой цепи, пропорциональна ЭДС индукции: ( I = {{cal E} over R}) . В момент времени t1 к кольцу приближается магнит, и магнитный поток увеличивается. В момент t2 магнит удаляется, и магнитный поток уменьшается. Следовательно, ток имеет различные направления.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8763.
8795. В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается желтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис. 1). Зависимость показаний амперметра ( I ) от напряжения ( U ) между анодом и катодом приведена на рис. 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощенных фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость ( I(U) ), если освещать катод зеленым светом, оставив мощность поглощенного катодом света неизменной.
При изменении света с желтого на зеленый его длина волны уменьшится, частота увеличится ( ( {nu _з} > {nu _ж} ) ). Работа выхода электронов из материала не зависит от частоты падающего света, поэтому в соответствии с уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: ( hnu = {A_{вых}} + {E_{max }} ) увеличится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов ( {E_{max }} ).
Так как ({E_{max }} = eleft| {{U_3}} right|) , то увеличится и модуль запирающего напряжения ( {{U_3}} ).
Мощность поглощенного света связана с частотой волны ( nu ) соотношением ( P = {N_ф}{E_ф} = {N_ф}hnu ), где ( {N_ф} ) – число фотонов, падающих на катод за 1 с, ( {E_ф} ) – энергия одного фотона (соотношение Планка). Так как мощность света не изменилась, а энергия фотонов ( {E_ф} ) увеличилась, то уменьшится число фотонов, падающих на катод за 1 с.
Сила тока насыщения ( {I_{нас}} ) определяется числом выбитых светом за 1 с электронов ( {N_e} ), которое пропорционально числу падающих на катод за 1 с фотонов, поэтому сила тока насыщения уменьшится.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8795.
8827. Две плоские пластины конденсатора, закрепленные на изолирующих штативах, расположили на небольшом расстоянии друг от друга и соединили одну пластину с заземленным корпусом, а другую – со стержнем электрометра (см. рисунок). Затем пластину, соединенную со стержнем электрометра, зарядили. Объясните, опираясь на известные вам законы, как изменяются показания электрометра при внесении между пластинами диэлектрической пластины. Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов между пластинами.
Заряд Q, сообщенный пластине, соединенной со стержнем электрометра, распределяется так, что их потенциалы оказываются одинаковыми. При этом практически весь заряд Q оказывается на пластине. На заземленном корпусе электрометра и второй пластине возникают индуцированные заряды противоположного знака, при этом заряд пластины равен Q по модулю.
Разность потенциалов между пластинами ( U = frac{Q}{C} ) .
Внесение пластины из диэлектрика увеличивает емкость конденсатора, так как ( C = frac{{{cal E}{{cal E}_0}S}}{d} ).
Суммарный заряд стержня электрометра и соединенной с ним пластины не изменяется, так как эта система тел электроизолирована. При этом заряд пластины остается практически равным Q. Поэтому разность потенциалов между пластинами после внесения диэлектрика уменьшается: ( U = frac{Q}{{C’}} ) что приведет к уменьшению угла отклонения стрелки.
Ответ: угол отклонения стрелки уменьшится.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8827.
8859. В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда, при этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Вода и водяной пар находятся в закрытом сосуде длительное время, поэтому водяной пар является насыщенным.
При выдвигании поршня происходит изотермическое расширение пара, давление и плотность насыщенного пара в этом процессе не меняются. Следовательно, будет происходить испарение жидкости. Значит, масса жидкости в сосуде будет уменьшаться.
Ответ: масса жидкости в сосуде будет уменьшаться.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8859.
8891. На одну из двух близко расположенных горизонтальных металлических пластин, укрепленных на изолирующих подставках, положили металлический шарик (см. рисунок). Когда пластины подсоединили к клеммам высоковольтного выпрямителя, подав на них заряды разных знаков, шарик пришел в движение. Опираясь на законы электростатики и механики, опишите и объясните движение шарика.
Вследствие электризации шарик приобретет тот же заряд, что и пластина, на которой он лежит, – отрицательный.
Отрицательно заряженный шарик будет отталкиваться от нижней и притягиваться к верхней пластине. Согласно второму закону Ньютона шарик приобретет ускорение, направленное вверх. Он поднимется к положительно заряженной пластине и, коснувшись ее, поменяет знак заряда.
В результате он начнет отталкиваться от верхней пластины и притягиваться к нижней: шарик вернется к первой пластине и вновь поменяет знак своего заряда на отрицательный. Такое движение вверх-вниз будет повторяться.
Ответ: шарик начнет двигаться вверх, а затем он будет колебаться между верхней и нижней пластинами.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8891.
8923. На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ. Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз. Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, куда сдвинется поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится температура газа в сосуде. Трением между поршнем и стенками сосуда, а также утечкой газа из сосуда пренебречь.
Поршень сдвинется вверх. Температура газа в сосуде понизится. Пусть масса поршня ( M ), а площадь его основания ( S ). Атмосферное давление над поршнем равно ( {p_{атм}} ), первоначальное давление газа в сосуде равно ( {p_{1}} ). Поскольку поршень первоначально находится в равновесии,
( {p_1} = {p_{atm}} + frac{{Mg}}{S} ).
При движении лифта с ускорением ( {vec a} ), направленным вниз, поршень сдвинется и займет относительно сосуда новое положение равновесия, в котором давление газа в сосуде станет равным ( {p_2} = {p_{atm}} + frac{{M(g – alpha )}}{S} 0.
Поскольку сосуд теплоизолированный, газ, находящийся под поршнем, участвует в адиабатическом процессе.
В этом случае, по первому закону термодинамики, газ совершает работу за счет уменьшения внутренней энергии.
Уменьшение внутренней энергии газа повлечет за собой понижение его температуры ( Delta U = left( {frac{3}{2}nu RDelta T} right) ).
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8923.
8955. На рисунке показана электрическая цепь, содержащая источник тока (с внутренним сопротивлением), два резистора, конденсатор, ключ K, а также идеальные амперметр и вольтметр. Как изменятся показания амперметра и вольтметра в результате замыкания ключа K? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
До замыкания ключа ток в цепи не течет, поэтому показания амперметра равны нулю, а показания вольтметра равны ЭДС источника.
Замыкание ключа вызовет появление тока в цепи, поэтому показания вольтметра уменьшатся на величину напряжения на внутреннем сопротивлении источника. По закону Ома для полной цепи ( U = {cal E} – Ir ).
Показания амперметра станут отличными от нуля, а показания вольтметра уменьшатся.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8955.
8987. Электрическая цепь состоит из двух лампочек, двух диодов и витка провода, соединенных, как показано на рисунке. (Диод пропускает ток только в одном направлении, как показано в верхней части рисунка.) Какая из лампочек загорится, если отодвигать от витка северный полюс магнита? Ответ объясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
При отодвигании магнита от витка будет уменьшаться магнитный поток поля магнита сквозь виток и в витке возникнет индукционный ток. Согласно правилу Ленца магнитное поле этого тока должно препятствовать движению магнита, поэтому входящие в виток линии индукции этого поля будут сонаправлены с линиями индукции поля магнита. Для создания такого поля согласно правилу буравчика индукционный ток в цепи витка должен быть направлен против часовой стрелки, а в цепи ламп – от А к Б. Ток такого направления пропускает только диод на участке цепи лампочки 1, она и будет гореть.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 8987.
9019. Электрическая цепь состоит из двух лампочек, двух диодов и витка провода, соединенных, как показано на рисунке. (Диод пропускает ток только в одном направлении, как показано в верхней части рисунка.) Какая из лампочек загорится, если приближать к витку северный полюс магнита? Ответ объясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
При приближении магнита к витку будет увеличиваться магнитный поток поля магнита сквозь виток и в витке возникнет индукционный ток. Согласно правилу Ленца магнитное поле этого тока должно препятствовать движению магнита, поэтому входящие в виток линии индукции этого поля будут направлены противоположно линиям индукции поля магнита. Для создания такого поля согласно правилу буравчика индукционный ток в цепи витка должен быть направлен по часовой стрелке, а в цепи ламп – от Б к А. Ток такого направления пропускает только диод на участке цепи лампочки 2, она и будет гореть.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 9019.
9051. Тонкая линза Л дает четкое действительное изображение предмета AB на экране Э (рисунок 1). Что произойдет с изображением предмета на экране, если верхнюю половину линзы закрыть куском черного картона К (рисунок 2)? Постройте изображение предмета в обоих случаях. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Все лучи от любой точки предмета, после прохождения данной линзы давая действительное изображение, пересекаются за линзой в одной точке.
Пока картон не мешает, построим изображение в линзе предмета AB, используя лучи, исходящие из точки B (рис. 1).
Кусок картона К перекрывает верхние лучи, но никак не влияет на ход нижних лучей (рис. 2). Благодаря этим и аналогичным им лучам изображение предмета продолжает существовать на прежнем месте, не меняя формы, но становится темнее, так как часть лучей больше не участвуют в построении изображения.
Ответ: изображение предмета продолжает существовать на прежнем месте, не меняя формы, но становится менее ярким.
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса – 9051.
Для вас приятно генерировать тесты, создавайте их почаще
Источник