Всероссийская олимпиада школьников по физике (2016 - 2017 уч.г.) Школьный этап, 10 класс

Решения

Задача 1.

Граната, брошенная вертикально вверх, в верхней точке разорвалась на множество одинаковых осколков летящих с одинаковыми скоростями 20 м/с. Определить интервал времени, в течение которого осколки падали на землю.

(10 баллов)

Возможное решение
Пусть t1 (t2) - время движения осколка летящего вертикально вниз (вертикально вверх). Запишем уравнения движения осколков: 0 = Н - ʋ0 t1 - (1) ; 0 = Н + ʋ0 t2 - (2) Анализ движения осколков приводит к выводу: раньше всех упадёт на землю осколок, летящий вертикально вниз (t1). Большее время затратит на падение осколок, летящий t2. Тогда искомое время Δt=t2 - t1 ; Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем : Δt=t2 - t1 = 4 с.
Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (время движения осколков, интервал времени); представлено полное верное объяснение с указанием наблюдаемых явлений и законов: записаны уравнения движения осколков движения в общем виде для первого осколка 0 = Н - ʋ0 t1 - для второго осколка0 = Н + ʋ0 t2 - ; большее время затратит на падение осколок, летящий t2; искомое время Δt=t2 - t1 ; проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу; представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины Δt = 4 с.

Задача 2.

Ведро, в котором находится m = 10 кг смеси воды со льдом, внесли в комнату и сразу начали измерять температуру смеси. График зависимости температуры от времени t(t) изображен на рисунке. Какая масса льда была в ведре, когда внесли в комнату? Удельная теплоемкость воды с=4200 Дж/(кг ^оС), удельная теплота плавления льда l = 330 кДж/кг. Теплоемкостью ведра пренебречь.

(10 баллов)

Возможное решение
Таяние льда в ведре и нагревание воды происходит за счет теплообмена с окружающей средой. Так как рост температуры от времени в рассматриваемом диапазоне является линейным, то мощность Р теплового потока можно считать постоянной. Уравнение теплового баланса для таяния льда mлl = Рt0, где mл – масса льда в ведре, t0 = 50 мин – время таяния льда. Уравнение теплового баланса при нагревании воды mсΔt = РΔt, где Δt - время нагревания воды. Из графика определим . Таким образом
Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин; представлено полное верное объяснение с указанием наблюдаемых явлений и законов: пояснили, что таяние льда в ведре и нагревание воды происходит за счет теплообмена с окружающей; Заметили, что рост температуры от времени в рассматриваемом диапазоне является линейным, следовательно мощность Р теплового потока можно считать постоянной средой записано уравнение теплового баланса для таяния льда mлl = Рt0; уравнение теплового баланса при нагревании воды mсΔt = РΔt; определим проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу; представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

Задача 3.

Резисторы сопротивлениями R₁ = 1 кОм, R₂ = 2 кОм, R₃ = 3 кОм, R₄ = 4 кОм подключены к источнику постоянного напряжения U₀ = 33В через клеммы А и В. К резисторам подключили два идеальных амперметра А₁, А₂. Определите показания амперметров I₁, I₂.

Баллов).

Возможное решение
Определим токи Ii, текущие через резисторы Ri (i = 1, 2, 3, 4). Так как амперметры идеальные, то можно рассмотреть эквивалентную электрическую цепь. Для этой цепи , RAB = RAC + RCB = . Полный ток в цепи Для определения показания амперметров запишем закон сохранения токов в узлах d и с ( выбранное направление токов указано на рисунке): I1 = IR1 – IR3 = 5 мА, I2 = IR3 – IR4 = 4 мА
Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: Сделан пояснительный рисунок; проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу определили сопротивление RAC; определили сопротивление RCB; определили сопротивление RAB;
определили I0; определили IR1; определили IR2; определили IR3; представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины : I1 = 5 мА, I2 = 4 мА

Задача 4.

Кусок льда привязан нитью ко дну цилиндрического сосуда с водой (см. рис.). Над поверхностью воды находится некоторый объём льда. Нить натянута с силой Т= 1Н. На сколько и как изменится уровень воды в сосуде, если лёд растает? Площадь дна сосуда S= 400 см² , плотность воды ρ= 1 г/см³.

(10 баллов)

Возможное решение
Запишем условие плавания куска льда в воде: mлg+ Т =FА= ρ вVп.ч.g; где Vп.ч – объём погружённой в воду части куска льда. Найдём первоначальный уровень воды в сосуде (1), где V о – первоначальный объём воды в сосуде до таяния льда. Соответственно (2), где h2 – уровень воды в сосуде, после таяния льда, V 1 – объём воды, полученной из льда. Решая совместно (1) и (2), получаем h 1 –h 2 = (V п.ч. –V1 )/S; найдём Vп.ч = (m лg+Т)/( ρ в.g). Учтём mл = m1, где m1 - масса воды, полученной изо льда m1 = ρвV1 ; V1 = mл/ρв. Тогда h 1 –h 2 = ((mлg+Т)/ ρ вg. – m л / ρ в )/ S = 2,5 мм
Критерии оценивания выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: cделан пояснительный рисунок, с указанием всех действующих сил; описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин; представлено полное верное объяснение с указанием наблюдаемых явлений и законов: записано условие плавания куска льда в воде: mлg + Т = FА= ρвVп.ч.g; записали формулу для расчета h1 ; записали формулу для расчета h2; проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу: h 1 –h 2 = (V п.ч. –V1 )/S; Vп.ч = (mлg+Т)/(ρв.g); V1 = mл/ρв ; h 1 –h 2 = ((mлg+Т)/ ρ вg. – m л / ρ в )/ S. Представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины: h 1 –h 2 = 2,5 мм

Задача 5.

Чему должен быть равен минимальный коэффициент трения μ между шинами и поверхностью наклонной дороги с уклоном α=30^о, чтобы автомобиль мог двигаться по ней вверх с ускорением a=0,6 м/с²?

(10 баллов)