Робота з обдарованими дітьми "ПІДГОТОВЧІ ЗАДАЧІ ДО ОЛІМПІАД З ФІЗИКИ"

ПІДГОТОВЧІ ЗАДАЧІ ДО ОЛІМПІАД З ФІЗИКИ

Викладач фізики Бахмутського

 індустріального технікуму

ДВНЗ «ДонНТУ»

Давиденко Наталя Олександрівна

м.Бахмут Донецька область

      Олімпіади сприяють розвитку фізичного мислення, вихованню наполегливості та цілеспрямованості, розширюють та поглиблюють знання студентів, допомагають виявити найбільш здібних та обдарованих дітей.

     Досвід проведення олімпіад показує, що, як правило, найбільшого успіху досягають ті студенти, які проходять спеціальну підготовку до олімпіади. Вона полягає в тому, що студентам по мірі засвоєння тем курсу фізики пропонуються для розв’язання не типові задачі.

     Підготовчі задачі до олімпіад слід підбирати таким чином, щоб рівень знань студентів був достатнім для їх виконання. Важливо, щоб розв’язок задач сприяв розвитку мислення студентів, вмінню застосовувати закони фізики до незнайомої конкретної ситуації.

ТЕСТУВАННЯ

1 Яким чином відбувається передача енергії від Сонця до Землі?

А конвекцією   Б. теплопровідністю    В. випромінюванням Г. електризацією

2. Лід розтопили, а частину отриманої води випарували. При цьому молекули …

А. зменшились   Б, збільшились  В. зникли   Г. не змінились   Д. розпались на атоми

3. Яке явище використовує цуценя, коли різкими рухами струшує з шерсті воду?

А. тертя  Б, дифузії   В. інерції   Г. теплопровідності   Г. електризації

4. Відлуння від пострілу з рушниці дійшло до стрільця за 2 с. На якій відстані від стрільця знаходиться об’єкт, від якого відбився звук? Швидкість звуку 340 м/с.

А. 340 м   Б. 680 м   В. 1020 м   Г. 1360 м

5. Ртуть замерзає при температурі 234 К. Чи можна ртутним термометром виміряти температуру -40⁰ С?

А. так   Б. залежить від атмосферного тиску   В. ні  Г. залежить від розмірів термометра

6. Землю можна вважати матеріальною точкою, визначаючи:

А. кутову швидкість обертального руху Землі

Б. довжину екватора    

В. швидкість орбітального руху Землі навколо Сонця

Г. радіус Землі

7. Воротар футбольної команди під час гри користується спеціальними рукавицями, особливо в дощову погоду. Це пов’язано із …

А. силою тяжіння   Б. силою тертя  В. силою пружності   Г. просто холодно

8. Коли медсестра перед уколом протирає поверхню шкіри спиртом, відчувається холод. Це пов’язано з явищем

А. дифузії   Б. кипіння   В. конвекції   Г. випаровування

9. Яка з наведених фізичних величин, що характеризують тіло, не залежить від температури?

А. об’єм тіла   Б. розміри молекул  В. тиск насиченої пари   Г. швидкість руху молекул

10. При ізотермічному процесі зовнішні сили виконали над ідеальним газом роботу 2∙ 10⁵ Дж. Яку кількість теплоти віддав газ у цьому процесі ?

А. 100 кДж   Б. 200 кДж   В. 400 кДж   Г. відповісти неможливо

11. Для нормальної життєдіяльності людині необхідно 650 л кисню на добу. Скільки потрібно кисню людині на 1 годину, якщо густина кисню 1,16 кг/м³?

А. 760 г   Б. 30 г   В. 0,3 г   Г. 3 г

12. Якій фізичній величині відповідає вираз vπρtd²/4, де ρ – густина, d – діаметр, v – швидкість, t – час.

А. тиску   Б. силі  В. масі  Д. енергії

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

1. З якою швидкістю зростає товщина покриття стінок сріблом при його розпиленні, якщо атоми срібла чинять на стінки тиск р?  Середня кінетична енергія одного атома срібла Е_к?

Розв’язок. На ділянці стінки площею S за довільний час t утворюється шар срібла товщиною Н = де m – маса срібла, що осіло на ділянку стінки, ρ – густина срібла.

    За другим законом Ньютона pSt = mv, де v - – середня швидкість атомів срібла, М – його молярна маса, N_a – стала Авогадро.

     За одиницю часу товщина напиленого шару зросте на величину        h = H/t = p/ρ.

2. У скільки разів зміниться число зіткнень z на одиницю площі стінок посудини за одиницю часу при двократному збільшенні об’єму? Розглянути випадки ізотермічного та ізохорного розширення.

Розв’язок. z ~ nu, де n – концентрація молекул в посудині, u – середня швидкість молекул. Так як u~ , а n~1/V, то z ~ , де V – об’єм посудини, Т – температура газу.

Т₁ і V₁ – параметри початкового стану газу; Т₂ і V₂ = 2V₁ – параметри кінцевого стану газу. Тоді z₂/ z₁- V₁/V₂

При ізотермічному розширенні z₂/ z₁= 1/2,   число зіткнень зменшилося в 2 рази.

При ізобарному розширенні відповідно до закону  Гей-Люссака V₁/V₂ = Т₁/Т₂. Тоді z₂/ z₁= = 1/    

3. Скільки качань n поршневого насосу треба зробити, щоби накачати пусту камеру футбольного м’яча об’ємом 3 дм³до тиску , який у три рази більше атмосферного? За одне качання насос захватує з атмосфери 150 см³ повітря. Вважати температуру м’яча постійною.

Розв’язок. Відповідно до закону Бойля-Маріотта парциальний тиск кожної порції повітря, яку нагнітає насос, р = р₀ V₀/ V, де р₀ – атмосферний тиск.

Після n качань тиск у м’ячі 3р₀ = nр = nр₀V₀/ V. Звідси n 3= V/ V₀ = 60

4.  В калориметрі знаходиться вода масою m_в = 0,16 кг при температурі tв = 30 ^оC. Для того, щоб охолодити воду, з холодильника в калориметр переклали лід масою m_л = 80 г. У холодильнику підтримується температура t_л = –12 ^оC. Знайти кінцеву температуру в калориметрі. Питома теплоємність води C_в = 4200 Дж/(кг* ^оC), питома теплоємність льоду Cл =2100Дж/(кг* ^оC), питома теплота плавлення льоду λ = 334 кДж/кг.

Розв’язок. Так как невідомо, яким буде кінцевий вміст калориметра (чи розтане весь лід?) будемо розв’язувати задачу «у числах».

Кількість теплоти, що виділяється при охолоджені води:

Q₁ = 4200*0,16*30 Дж = 20160Дж.

Кількість теплоти, що поглинається при нагріванні льоду:

 Q₂ = 2100*0,08*12 Дж = 2016Дж.

Кількість теплоти, що поглинається при танені льоду:

 Q₃ = 334000*0,08 Дж = 26720 Дж.

       Отже бачимо, що кількості теплоти Q₁ недостатьно для того, щоб розплавити  весь лід (Q₁ < Q₂ + Q₃). Це означаеє, що у кінці процесу в калориметрі буде знаходитися і лід, і вода, а температура суміші буде 0 ^оC.

5. У довгій вузькій горизонтально розташованій трубці на відстані l  від запаяного кінця знаходиться короткий стовпчик ртуті. Маса ртуті m. З якою кутовою швидкістю ω треба обертати трубку навколо вертикальної осі, яка проходить через запаяний кінець, щоби ртуть досягла кінця трубки? Довжина трубки L, площа її поперечного перерізу S, атмосферний тиск р₀. Явищем змочування, тертям та впливом обертання на розподіл тиску газу в трубці знехтувати.

         Розв’язок. Відповідно до другого закону Ньютона при максимальній віддаленості ртуті від осі обертання mω²L = (р₀ – р)S, де р – тиск у трубці, який знайдем за законом Бойля-Маріотта: р = р₀ l/L.

        Звідси ω =р₀S(L- l)/mL²

6. Деяка кількість повітря нагрівається при постійному тиску від температури Т₁ до температури Т₂, при цьому поглинається теплота Q₁. Нагрівання повітря при постійному об’ємі від  Т₁ до Т₂ потребує теплоти Q₂. Який початковий об’єм повітря?

          Розв’язок: за першим законом термодинаміки    Q₁ =  ΔU₁ + р(V₂ – V₁)  і         Q₂ =  ΔU₂  , де    ΔU₁ і ΔU₂ – зміна внутрішньої енергії газу в першому і другому процесах відповідно, причому ΔU₁ = ΔU₂   

         За законом Гей-Люссака  V₂Т₁ = V₁Т₂. Тоді V₁ = ( Q₁  - Q₂ )Т₁/(Т₂ – Т₁)р