Демонстрационный по физике
Часть 1
Ответами к заданиям 1–24 являются слово, число или последовательность цифр или чисел. Запишите ответ в соответствующее поле справа. Каждый символ пишите без пробелов. Единицы измерения физических величин писать не нужно.
На рисунке представлен график зависимости пути S велосипедиста от времени t. Найдите скорость велосипедиста в интервале времени от 50 до 70 с.
Ответ: _____ м/c
Определите силу, под действием которой пружина жёсткостью 200 Н/м удлинится на 5 см.
Ответ: _____ Н.
В инерциальной системе отсчёта тело массой 2 кг движется по прямой в одном направлении под действием постоянной силы, равной 3 Н. На сколько увеличится импульс тела за 5 с движения?
Ответ: _____ кг·м/с.
В сосуд высотой 20 см налита вода, уровень которой ниже края сосуда на 2 см. Чему равна сила давления воды на дно сосуда, если площадь дна 0,01 м2? Атмосферное давление не учитывать.
Ответ: _____ Н.
На шероховатой поверхности лежит брусок массой 1 кг. На него начинает действовать горизонтальная сила [math]\overrightarrow F[/math], направленная вдоль поверхности и зависящая от времени так, как показано на графике слева. Зависимость работы этой силы от времени представлена на графике справа. Выберите два верных утверждения на основании анализа представленных графиков.
1. Первые 10 с брусок двигался с постоянной скоростью.
2. За первые 10 с брусок переместился на 20 м.
3. Сила трения скольжения равна 2 Н.
4. В интервале времени от 12 до 20 с брусок двигался с постоянным ускорением.
5. В интервале времени от 12 до 20 с брусок двигался с постоянной скоростью.
Высота полёта искусственного спутника над Землёй увеличилась с 400 до 500 км. Как изменились в результате этого скорость спутника и его потенциальная энергия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличилась
2. уменьшилась
3. не изменилась
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Скорость спутника | Потенциальная энергия спутника |
На гладком горизонтальном столе брусок массой М, прикреплённый к вертикальной стене пружиной жёсткостью k, совершает гармонические колебания с амплитудой А (см. рисунок). Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А) период колебаний груза
Б) амплитуда скорости груза
ФОРМУЛЫ
1) [math]2\mathrm\pi\sqrt{\frac{\mathrm M}{\mathrm k}}[/math]
2) [math]\mathrm A\sqrt{\frac{\mathrm M}{\mathrm k}}[/math]
3) [math]2\mathrm\pi\sqrt{\frac{\mathrm k}{\mathrm M}}[/math]
4) [math]\mathrm A\sqrt{\frac{\mathrm k}{\mathrm M}}[/math]
На рисунке изображено изменение состояния постоянной массы разреженного аргона. Температура газа в состоянии 1 равна 27 °С. Какая температура соответствует состоянию 2?
Ответ: _____ K.
В некотором процессе газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 10 кДж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 30 кДж. Определите работу, которую совершили внешние силы, сжав газ.
Ответ: _____ кДж.
Какую работу совершает идеальный газ при переходе из состояния 1 в состояние 2?
Ответ: _____ кДж.
На рисунке показана зависимость давления газа p от его плотности ρ в циклическом процессе, совершаемом 2 моль идеального газа в идеальном тепловом двигателе. Цикл состоит из двух отрезков прямых и четверти окружности. На основании анализа этого циклического процесса выберите два верных утверждения.
1. В процессе 1−2 температура газа уменьшается.
2. В состоянии 3 температура газа максимальна.
3. В процессе 2−3 объём газа уменьшается.
4. Отношение максимальной температуры к минимальной температуре в цикле равно 8.
5. Работа газа в процессе 3−1 положительна.
В цилиндрическом сосуде под массивным поршнем находится газ. Поршень не закреплён и может перемещаться в сосуде без трения (см. рисунок). В сосуд закачивается ещё такое же количество газа при неизменной температуре. Как изменятся в результате этого давление газа и концентрация его молекул? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Давление газа | Концентрация молекул газа |
Электрическая цепь, состоящая из четырёх прямолинейных горизонтальных проводников (1–2, 2–3, 3–4, 4–1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, направленном вертикально вниз (см. рисунок, вид сверху). Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 2–3? Ответ запишите словом (словами).
Ответ: _____
С какой силой взаимодействуют в вакууме два маленьких заряженных шарика, находящихся на расстоянии 4 м друг от друга? Заряд каждого шарика 8 • 10-8 Кл.
Ответ: _____ мкН.
На рисунке приведён график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 15 до 20 с.
Ответ: _____ мкВ.
Точечный источник света находится в ёмкости с жидкостью и опускается вертикально вниз от поверхности жидкости. При этом на поверхности жидкости возникает пятно, в пределах которого лучи света от источника выходят из жидкости в воздух. Глубина погружения источника (расстояние от поверхности жидкости до источника света), измеренная через равные промежутки времени, а также соответствующий радиус светлого пятна представлены в таблице. Погрешность измерения глубины погружения и радиуса пятна составила 1 см. Выберите два верных утверждения на основании данных, приведённых в таблице.
| Глубина погружения, см | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 |
| Радиус пятна, см | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | 84 |
1. Образование упомянутого пятна на поверхности обусловлено дисперсией света в жидкости.
2. Предельный угол полного внутреннего отражения меньше 45°.
3. Показатель преломления жидкости меньше 1,5.
4. Образование пятна на поверхности обусловлено явлением полного внутреннего отражения.
5. Граница пятна движется с ускорением.
Неразветвлённая электрическая цепь постоянного тока состоит из источника тока и подключённого к его выводам внешнего резистора. Как изменятся при уменьшении сопротивления резистора сила тока в цепи и ЭДС источника? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Сила тока в цепи | ЭДС источника |
Заряженная частица массой m, несущая положительный заряд q, движется перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля [math]\overrightarrow B[/math] по окружности радиусом R. Действием силы тяжести пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А) модуль импульса частицы
Б) период обращения частицы по окружности
ФОРМУЛЫ
1) [math]\frac{mq}{RB}[/math]
2) [math]\frac m{qB}[/math]
3) [math]\frac{2\mathrm\pi m}{qB}[/math]
4) [math]qBR[/math]
Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре [math]{}_{27}^{60}Co[/math]?
| Число протонов | Число нейтронов |
Дан график зависимости числа нераспавшихся ядер эрбия [math]{}_{68}^{172}Er[/math] от времени. Чему равен период полураспада этого изотопа эрбия?
Ответ: _____
Как изменяются с уменьшением массового числа изотопов одного и того же элемента число нейтронов в ядре и число электронов в электронной оболочке соответствующего нейтрального атома? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличивается
2. уменьшается
3. не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Число нейтронов в ядре | Число электронов в электронной оболочке нейтрального атома |
Чему равно напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра?
Ответ: (_______ ± _______) В.
Необходимо экспериментально изучить зависимость ускорения бруска, скользящего по шероховатой наклонной плоскости, от его массы (на всех представленных ниже рисунках m – масса бруска, α – угол наклона плоскости к горизонту, μ – коэффициент трения между бруском и плоскостью). Какие две установки следует использовать для проведения такого исследования?
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звездах.
| Наименование звезды | Температура, К | Масса (в массах Солнца) | Радиус (в радиусах Солнца) | Расстояние до звезды (св. год) |
| Альдебаран | 3500 | 5 | 45 | 68 |
| Альтаир | 8000 | 1,7 | 1,7 | 360 |
| Бетельгейзе | 3100 | 20 | 900 | 650 |
| Вега | 10600 | 3 | 3 | 27 |
| Капелла | 5200 | 3 | 2,5 | 45 |
| Кастор | 10400 | 3 | 2,5 | 45 |
| Процион | 6900 | 1,5 | 2 | 11 |
| Спика | 16800 | 15 | 7 | 160 |
Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звезд.
1) Температура поверхности и радиус Бетельгейзе говорят о том, что эта звезда относится к красным сверхгигантам.
2) Температура на поверхности Проциона в 2 раза ниже, чем на поверхности Солнца.
3) Звезды Кастор и Капелла находятся на одинаковом расстоянии от Земли и, следовательно, относятся к одному созвездию.
4) Звезда Вега относится к белым звездам спектрального класса А.
5) Так как массы звезд Вега и Капелла одинаковы, то они относятся к одному и тому же спектральному классу.
Брусок движется по горизонтальной плоскости прямолинейно с постоянным ускорением 1 м/c2 под действием силы [math]\overrightarrow F[/math] направленной вниз под углом 30° к горизонту (см. рисунок). Какова масса бруска, если коэффициент трения бруска о плоскость равен 0,2, а F = 2,7 Н? Ответ округлите до десятых.
Ответ: _____ кг.
По параллельным проводникам bc и ad, находящимся в магнитном поле с индукцией В = 0,4 Тл, скользит проводящий стержень MN, который находится в контакте с проводниками (см. рисунок). Расстояние между проводниками L = 20 см. Слева проводники замкнуты резистором с сопротивлением R = 2 Ом. Сопротивление стержня и проводников пренебрежимо мало. При движении стержня через резистор R протекает ток I = 40 мА. С какой скоростью движется проводник? Считать, что вектор [math]\overrightarrow B[/math] перпендикулярен плоскости рисунка.
Ответ: _____ м/с.
Пороговая чувствительность сетчатки человеческого глаза к видимому свету составляет 1,65·10–18 Вт, при этом на сетчатку глаза ежесекундно попадает 5 фотонов. Определите, какой длине волны это соответствует.
Ответ: _____ нм.
Часть 2.
Полное правильное решение каждой из задач 28—32 должно содержать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчеты с численным ответом и при необходимости рисунок, поясняющий решение.
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах p – n, где p – давление газа, n – его концентрация. Определите, получает газ теплоту или отдаёт в процессах 1–2 и 2–3. Ответ поясните, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
Ответ: _____
1. По первому закону термодинамики количество теплоты, которое получает газ, равно сумме изменения его внутренней энергии ΔU и работы газа А: Q = ΔU + A. Концентрация молекул газа [math]n=\frac NV[/math], где N – число молекул газа, V – его объём. Для идеального одноатомного газа внутренняя энергия [math]U=\frac32vRT[/math] (где ν – количество моль газа). По условию задачи N = const.
2. Так как на участке 1–2 концентрация газа не изменяется, то его объём постоянен (изохорный процесс), значит, работа газа А = 0. В этом процессе давление газа растёт, согласно закону Шарля температура газа также растёт, т.е. его внутренняя энергия увеличивается: ΔU > 0. Значит, Q > 0, и газ получает тепло.
3. На участке 2–3 концентрация газа уменьшается, значит, его объём увеличивается, и работа газа положительна: А > 0. Давление газа постоянно (изобарный процесс), по закону Гей-Люссака температура газа также увеличивается. Поэтому ΔU > 0 . По первому закону термодинамики Q > 0.
В этом процессе газ получает тепло.
Ответ: газ получает положительное количество теплоты в процессах 1–2 и 2–3
Маленький шарик массой m = 0,3 кг подвешен на лёгкой нерастяжимой нити длиной l = 0,9 м, которая разрывается при силе натяжения T0 = 6 Н. Шарик отведён от положения равновесия (оно показано на рисунке пунктиром) и отпущен. Когда шарик проходит положение равновесия, нить обрывается, и шарик тут же абсолютно неупруго сталкивается с бруском массой M = 1,5 кг, лежащим неподвижно на гладкой горизонтальной поверхности стола. Какова скорость u бруска после удара? Считать, что брусок после удара движется поступательно.
1. Непосредственно перед обрывом нити в момент прохождения положения равновесия шарик движется по окружности радиусом l со скоростью [math]\overrightarrow\nu[/math]. В этот момент действующие на шарик сила тяжести [math]m\overrightarrow g[/math] и сила натяжения нити [math]\overrightarrow{T_0}[/math] направлены по вертикали и вызывают центростремительное ускорение шарика (см. рисунок). Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось Oy инерциальной системы отсчёта Oxy, связанной с Землёй:
[math]\frac{mv^2}l=T_0-mg,[/math] откуда: [math]v=\sqrt{\left(\frac{T_0}m-g\right)l}[/math]
2. При прохождении положения равновесия нить обрывается, и шарик, движущийся горизонтально со скоростью, [math]\overrightarrow\nu[/math] абсолютно неупруго сталкивается с покоящимся бруском. При столкновении сохраняется импульс системы «шарик + брусок». В проекциях на ось Ox получаем: mv = (M + m), где u – проекция скорости бруска с шариком после удара на эту ось.
Отсюда:
[math]u=\frac m{M+m}v=\frac m{M+m}\sqrt{\left(\frac{T_0}m-g\right)l}=\frac{0,3}{1,5+0,3}\sqrt{\left(\frac6{0,3}-10\right)\times0,9}=\frac16\times3=0,5[/math]м/с
Ответ: u = 0,5 м/с
Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. Объём каждого сосуда V = 1 м3. В первом сосуде находится ν1 = 1 моль гелия при температуре T = 400 К; во втором – ν2 = 3 моль аргона при температуре T2. Кран открывают. После установления равновесного состояния давление в сосудах p = 5,4 кПа. Определите первоначальную температуру аргона T2.
1. Поскольку в указанном процессе газ не совершает работы и система является теплоизолированной, то в соответствии с первым законом термодинамики суммарная внутренняя энергия газов сохраняется:
[math]\frac32v_1RT_1+\frac32v_2RT_2=\frac32(v_1+v_2)RT[/math]
где Т – температура в объединённом сосуде в равновесном состоянии после открытия крана.
2. В соответствии с уравнением Клапейрона – Менделеева для конечного состояния можно записать:
p(2V ) = (ν1 + ν2)RT.
Исключая из двух записанных уравнений конечную температуру Т, получаем искомое выражение для начальной температуры аргона:
[math]T_2=\frac{2Vp}{v_2R}-\frac{v_1}{v_2}T_1=\frac{2\times1\times5,4\times10^3}{3\times8,31}-\frac13\times400\approx300\;K[/math]
Ответ: T2 ≈ 300 К
Конденсатор C1 =1 мкФ заряжен до напряжения U = 300 В и включён в последовательную цепь из резистора R = 300 Ом, незаряженного конденсатора C2 = 2 мкФ и разомкнутого ключа К (см. рисунок). Какое количество теплоты выделится в цепи после замыкания ключа, пока ток в цепи не прекратится?
1. Первоначальный заряд конденсатора C1 равен q = C1U.
2. В результате перезарядки на конденсаторах устанавливаются одинаковые напряжения, так как ток в цепи прекращается и напряжение на резисторе R становится равным нулю. Поэтому конденсаторы можно считать соединёнными параллельно. Тогда их общая ёмкость C0=C1+C2
3. По закону сохранения заряда суммарный заряд конденсаторов будет равен C1U.
4. По закону сохранения энергии выделившееся в цепи количество теплоты равно разности значений энергии конденсаторов в начальном и конечном состояниях:
[math]Q=\frac{C_1U^2}2-\frac{(C_1U)^2}{2(C_1+C_2)}[/math]
Откуда получим:
[math]Q=\frac{C_1C_2U^2}{2(C_1+C_2)}=\frac{10^{-6}\times2\times10^{-6}\times300^2}{2(10^{-6}+2\times10^{-6})}=0,03[/math] Дж.
Ответ: Q = 30 мДж
Тонкая палочка АВ длиной l = 10 см расположена параллельно главной оптической оси тонкой собирающей линзы на расстоянии h = 15 см от неё (см. рисунок). Конец А палочки располагается на расстоянии а = 40 см от линзы. Постройте изображение палочки в линзе и определите его длину L. Фокусное расстояние линзы F = 20 cм.
1. Построение изображения АʹВʹ предмета АВ в линзе показано на рисунке.
2. Так как точка А находится на расстоянии 2F от линзы, то её изображение Аʹ также находится на расстоянии 2F от линзы, и расстояние от точки Аʹ до главной оптической оси равно h.
3. Длина изображения АʹВʹ [math]L=\sqrt{(OC-2F)^2+(B'C-h)^2}[/math]
4. Из формулы тонкой линзы [math]\frac1f=\frac1{2F-l}+\frac1{OC}[/math] получим: [math]OC=\frac{F(2F-l)}{F-l}=60[/math] см.
5. [math]\frac{B'C}h=\frac{OC}{2F-l},[/math] откуда [math]B'C=h\frac{OC}{2F-l}=30[/math] см.
6. Окончательно получим: [math]L=\sqrt{\left(20\right)^2+(15)^2}=\sqrt{625}=25[/math] см.
Ответ: L = 25 см
| № | Ваш ответ | Ответ и решение | Первичный балл |
|---|---|---|---|
|
Здесь появится результат первой части. Нажмите на кнопку «Завершить работу», чтобы увидеть правильные ответы и посмотреть решения. |
|||