ЕГЭ физика 2010

Единый государственный экзамен по ФИЗИКЕ
Демонстрационный вариант
контрольных измерительных материалов едино-
го государственного экзамена
2010 года по физике
подготовлен Федеральным государственным научным учреждением
«ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2010 г. ФИЗИКА, 11 класс (2010 - 2 )
Единый государственный экзамен по ФИЗИКЕ
Пояснения к демонстрационному варианту контрольных
измерительных материалов единого государственного экзамена
2010 года по физике
При ознакомлении с демонстрационным вариантом контрольных
измерительных материалов ЕГЭ 2010 года следует иметь в виду, что за- дания, в него включённые, не отражают всех вопросов содержания, кото- рые будут проверяться с помощью вариантов КИМ в 2010 году. Полный перечень вопросов, которые могут контролироваться на едином государ- ственном экзамене 2010 года, приведен в Кодификаторе элементов со- держания и требований к уровню подготовки выпускников общеобразо- вательных учреждений для единого государственного экзамена 2010 года по физике.
Назначение демонстрационного варианта заключается в том, чтобы
дать возможность любому участнику ЕГЭ и широкой общественности со- ставить представление о структуре будущих КИМ, количестве заданий, их форме, уровне сложности. Приведённые критерии оценки выполнения заданий с развёрнутым ответом, включённые в этот вариант, дают пред- ставление о требованиях к полноте и правильности записи развёрнутого ответа.
Эти сведения позволят выпускникам выработать стратегию подго-
товки к ЕГЭ.
Демонстрационный вариант контрольных измерительных
материалов единого государственного экзамена 2010 года по физике
Инструкция по выполнению работы
Для выполнения экзаменационной работы по физике отводится
3,5 часа (210 минут). Работа состоит из 3 частей, включающих 36 заданий.
Часть 1 содержит 25 заданий (А1–А25). К каждому заданию дается
4 варианта ответа, из которых правильный только один.
Часть 2 содержит 5 заданий (В1–В5), на которые следует дать крат-
кий ответ. Для заданий В1 и В2 ответ необходимо записать в виде набора цифр, а для заданий В3–В5 – в виде числа.
Часть 3 состоит из 6 задач (С1–С6), для которых требуется дать раз-
вернутые решения.
При выполнении заданий В3–В5 части 2 значение искомой величи-
ны следует выразить в тех единицах физических величин, которые указа- ны в условии задания. Если такого указания нет, то значение величины следует записать в Международной системе единиц (СИ). При вычисле- нии разрешается использовать непрограммируемый калькулятор.
Внимательно прочитайте каждое задание и предлагаемые варианты
ответа, если они имеются. Отвечайте только после того, как вы поняли вопрос и проанализировали все варианты ответа.
Выполняйте задания в том порядке, в котором они даны. Если ка-
кое-то задание вызывает у вас затруднение, пропустите его. К пропущен- ным заданиям можно будет вернуться, если у вас останется время.
За выполнение различных по сложности заданий дается один или бо-
лее баллов. Баллы, полученные вами за выполненные задания, суммиру- ются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наи- большее количество баллов.
Желаем успеха!
Ниже приведены справочные данные, которые могут понадобиться
вам при выполнении работы.
Десятичные приставки
Наимено- Обозначе- Множи- Наимено- Обозначе- Множи-
вание ние тель вание ние тель
гига Г 10 9 санти с 10 –2
мега М 10 6 милли м 10 –3
кило к 10 3 микро мк 10 –6
гекто г 10 2 нано н 10 –9
деци д 10 –1 пико п 10 –12
Константы
число π π = 3,14 g = 10 м/с
ускорение свободного падения на Земле 2
гравитационная постоянная G = 6,7·10 –11 Н·м 2 /кг 2
универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль·К)
постоянная Больцмана k = 1,38·10 –23 Дж/К
постоянная Авогадро N = 6·10 23 моль –1
А
скорость света в вакууме с = 3·10 8 м/с
коэффициент пропорциональности в законе Кулона k = 1 = 9·10 9 Н·м 2 /Кл 2
4 πε
0
модуль заряда электрона (элементарный электрический заряд)
e = 1,6·10 –19 Кл
постоянная Планка h = 6,6·10 –34 Дж·с
Соотношение между различными единицами температура
0 К = – 273 °С
атомная единица массы 1 атомная единица массы эквивалентна 931,5 1 а.е.м. = 1,66 ⋅10 –27 кг
МэВ
1 электронвольт 1 эВ = 1,6 ⋅10 –19 Дж
Масса частиц 9,1
электрона ⋅10 –31 кг ≈ 5,5⋅10 –4 а.е.м.
протона 1,673 ⋅10 –27 кг ≈ 1,007 а.е.м.
нейтрона 1,675 ⋅10 –27 кг ≈ 1,008 а.е.м.
Плотность подсолнечного масла 900 кг/м 3
воды 1000 кг/м 3 алюминия 2700 кг/м 3
древесины (сосна) 400 кг/м 3 железа 7800 кг/м 3
керосина 800 кг/м 3 ртути 13600 кг/м 3
Удельная теплоемкость
воды 4,2 ⋅10 3 Дж/(кг ⋅К) алюминия 900 Дж/(кг ⋅К)
льда 2,1 ⋅10 3 Дж/(кг ⋅К) меди 380 Дж/(кг ⋅К)
железа 460 Дж/(кг ⋅К) чугуна 500 Дж/(кг ⋅К)
свинца 130 Дж/(кг ⋅К)
Удельная теплота
парообразования воды 2,3 ⋅10 6 Дж/кг
плавления свинца 2,5 ⋅10 4 Дж/кг
плавления льда 3,3 ⋅10 5 Дж/кг
Нормальные условия: давление 10 5 Па, температура 0 °С
Молярная маcса
азота 28 ⋅10 –3 кг/моль кислорода 32 ⋅10 –3 кг/моль
аргона 40 ⋅10 –3 кг/моль лития 6 ⋅10 –3 кг/моль
водорода 2 ⋅10 –3 кг/моль молибдена 96 ⋅10 –3 кг/моль
воздуха 29 ⋅10 –3 кг/моль неона 20 ⋅10 –3 кг/моль
гелия 4 ⋅10 –3 кг/моль углекислого газа 44 ⋅10 –3 кг/моль
Часть 1
При выполнении заданий части 1 в бланке ответов № 1 под номером выполняемого вами задания (А1–А25) поставьте знак «
× » в клеточке,
номер которой соответствует номеру выбранного вами ответа.
На рисунке представлен график за- висимости скорости υ автомобиля от времени t. Найдите путь, пройден- ный автомобилем за 5 с. υ, м/c
10
1) 0 м 2) 20 м 3) 30 м 4) 35 м
0 1 2 3 4 5 t, с
Самолет летит по прямой с постоянной скоростью на высоте 9 000 м. Сис- тему отсчета, связанную с Землей, считать инерциальной. Какое из сле- дующих утверждений о силах, действующих на самолёт в этом случае, верно?
1) На самолет не действует сила тяжести. 2) Сумма всех сил, действующих на самолет, равна нулю. 3) На самолет не действуют никакие силы. 4) Сила тяжести равна силе Архимеда, действующей на самолет.
При исследовании зависимости силы трения скольжения F от силы нор-
тр
мального давления F были получены следующие данные:
д
F , Н 0,2 0,4 0,6 0,8
тр
F , Н 1,0 2,0 3,0 4,0
д
Из результатов исследования можно заключить, что коэффициент трения скольжения равен
1) 0,2 2) 2 3) 0,5 4) 5
Тело движется по прямой. Под действием постоянной силы величиной 4 Н за 2 с импульс тела увеличился и стал равен 20 кг
⋅м/с. Первоначаль-
ный импульс тела равен
1) 4 кг ⋅м/с 2) 8 кг ⋅м/с 3) 12 кг ⋅м/с 4) 18 кг ⋅м/с
Первоначальное удлинение пружины равно Первоначальное удлинение пружины равно Δl. Как изменится потенци- Δl. Как изменится потенци-
альная энергия пружины, если ее удлинение станет вдвое больше? альная энергия пружины, если ее удлинение станет вдвое больше?
1) увеличится в 2 раза 1) увеличится в 2 раза
2) увеличится в 4 раза 2) увеличится в 4 раза
3) 3) уменьшится в 2 раза уменьшится в 2 раза
4) 4) уменьшится в 4 раза уменьшится в 4 раза
Скорость тела, совершающего гармонические колебания, меняется с тече- нием времени в соответствии с уравнением Скорость тела, совершающего гармонические колебания, меняется с тече- нием времени в соответствии с уравнением
υ υ = 3 = 3 ⋅10 ⋅10 –2 –2 sin2 sin2 πt, где все вели- πt, где все вели-
чины выражены в СИ. Какова амплитуда колебаний скорости? чины выражены в СИ. Какова амплитуда колебаний скорости?
1) 3 1) 3 ⋅10 ⋅10 –2 –2 м/с м/с 2) 6 2) 6 ⋅10 ⋅10 –2 –2 м/с м/с 3) 3) 2 м/с 2 м/с 4) 4) 2 2 π м/с π м/с
Одинаковые бруски, связанные нитью, движутся под действием внешней силы F по гладкой горизонтальной поверхности (см. рисунок). Как изменится сила натяжения нити Т, если третий брусок переложить с первого на второй? Одинаковые бруски, связанные нитью, движутся под действием внешней силы F по гладкой горизонтальной поверхности (см. рисунок). Как изменится сила натяжения нити Т, если третий брусок переложить с первого на второй?
3
Т F
2 1
1) 1) уменьшится в 1,5 раза уменьшится в 1,5 раза
2) уменьшится в 2 раза 2) уменьшится в 2 раза
3) 3) увеличится в 2 раза увеличится в 2 раза
4) увеличится в 3 раза 4) увеличится в 3 раза
В результате нагревания неона абсолютная температура газа увеличилась в 4 раза. Средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул при этом В результате нагревания неона абсолютная температура газа увеличилась в 4 раза. Средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул при этом
1) 1) увеличилась в 4 раза увеличилась в 4 раза
2) увеличилась в 2 раза 2) увеличилась в 2 раза
3) 3) уменьшилась в 4 раза уменьшилась в 4 раза
4) не изменилась 4) не изменилась
На рисунке приведены графики зависимости давления 1 моль идеального газа от абсолютной температуры для различных процессов. Какой из гра- фиков соответствует изохорному процессу? На рисунке приведены графики зависимости давления 1 моль идеального газа от абсолютной температуры для различных процессов. Какой из гра- фиков соответствует изохорному процессу?
1) 1) р 2) р 3) р 4) р
0 Т 0 Т 0 Т 0 Т
A10 При каком из перечисленных ниже процессов остается неизменной внут- ренняя энергия 1 моль идеального газа?
1) при изобарном сжатии 2) при адиабатном сжатии 3) при адиабатном расширении 4) при изотермическом расширении
A11 Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1в состояние 3 (см. рисунок)? р, 10 5 Па
1) 10 кДж 2) 20 кДж 3) 30 кДж 4) 40 кДж 3 3
2
1 1 2
0 0,1 0,2 V, м 3
A12 Температура нагревателя идеального теплового двигателя Карно 227 ºС, а
температура холодильника 27 ºС. Рабочее тело двигателя совершает за
цикл работу, равную 10 кДж. Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за один цикл?
1) 2,5 Дж 2) 11,35 Дж 3) 11,35 кДж 4) 25 кДж
A13 Точечный положительный заряд q помещен ме- жду разноименно заряженными шариками (см. рисунок). Куда направлена равнодействующая кулоновских сил, действующих на заряд q?
⊕ q> 0 –
1) → 2) ↓ 3) ↑ 4) ←
A14 На фотографии – электрическая цепь. Показания включенного в цепь ам- перметра даны в амперах.
Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, если его подключить параллельно резистору 3 Ом?
1) 0,8 В 2) 1,6 В 3) 2,4 В 4) 4,8 В
A15 На рисунке изображен момент демонстрационного эксперимента по проверке правила Ленца, когда все предметы неподвижны. Южный полюс магнита находится внутри сплошного металлического кольца, но не касается его. Коромысло с металли- ческими кольцами может свободно вращаться во- круг вертикальной опоры. При выдвижении магнита из кольца оно будет
N S
1) оставаться неподвижным 2) двигаться против часовой стрелки 3) совершать колебания 4) перемещаться вслед за магнитом
A16 На рисунке изображен цилиндрический проводник, по кото- рому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции созда- ваемого током магнитного поля в точке С?
С
1) в плоскости рисунка вверх 2) в плоскости рисунка вниз 3) от нас перпендикулярно плоскости рисунка 4) к нам перпендикулярно плоскости рисунка
A17 Где находится изображение светящейся точки S (см. рисунок), создаваемое тонкой собирающей линзой? S
1
2F F F 2F
1) в точке 1 2) в точке 2 3) в точке 3 4) на бесконечно большом расстоянии от линзы
2 3
A18 В инерциальной системе отсчета свет от непод- вижного источника распространяется со скоро- стью c. Источник света движется в этой системе со скоростью
u υ
υ , а зеркало – со скоростью u в про-
тивоположную сторону. С какой скоростью отно- сительно источника распространяется свет, отраженный от зеркала?
1) c – υ 2) c+ υ + u 3) c + υ 4) c
A19 q
Две частицы, отношение зарядов которых 2 = 2, влетели в однородное
q
1
магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Найдите
m
отношение масс частиц 2 , если их кинетические энергии одинаковы, а
m
1
R 1 2
отношение радиусов траекторий 2 = .
R
1
1) 1 2) 2 3) 8 4) 4
A20 Длина волны рентгеновского излучения равна 10 –10 м. Во сколько раз
энергия одного фотона этого излучения превосходит энергию фотона ви- димого света c длиной волны 4
⋅ 10 –7 м?
1) 25 2) 40 3) 2500 4) 4000
A21 Какие заряд Z и массовое число А будет иметь ядро элемента, получивше- гося из ядра изотопа
215 Po после одного α-распада и одного электронного
84
β-распада?
1) А = 213 2) A = 211 3) A = 219 4) A = 212
Z = 82 Z = 83 Z = 86 Z = 83
A22 Дан график зависимости числа не- распавшихся ядер эрбия N, 10 25
172 Er от
68 160
времени. Каков период полураспа- да этого изотопа?
1) 25 часов 2) 50 часов 3) 100 часов 4) 200 часов 80
0 100 200 t, час
A23 Для опытов по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4
⋅10 –19 Дж и стали освещать ее светом частоты 6 ⋅10 14 Гц. Затем частоту
уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, па- дающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, по- кидающих пластину за 1 с,
1) увеличилось в 1,5 раза 2) стало равным нулю 3) уменьшилось в 2 раза 4) уменьшилось более чем в 2 раза
A24 Пучок белого света, пройдя через призму, разлагается в спектр. Была вы- двинута гипотеза, что ширина спектра, получаемого на стоящем за приз- мой экране, зависит от угла падения пучка на грань призмы. Необходимо экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два опыта из тех, схемы которых представлены ниже, нужно провести для такого исследования?
А Б В Г
1) Б и Г 2) Б и В 3) А и Б 4) В и Г
A25 На рисунке показаны результаты измерения давления постоянной массы разреженного газа при повышении его температуры. Погрешность измере- ния температуры Δ
T = ± 10 К, давления Δ p = ± 2·10 4 Па. Газ занимает со-
суд объемом 5 л. Чему примерно равно число молей газа?
p, 10 5 Па
6
4
2
0 200 400 600 800 Т, К
1)
0,2 2) 0,4 3) 1,0 4) 2,0
Часть 2
Ответом к каждому из заданий В1–В2 будет некоторая последова- тельность цифр. Эту последовательность надо записать в бланк от- ветов № 1 справа от номера соответствующего задания без пробелов и каких-либо символов, начиная с первой клеточки. Каждую цифру пишите в отдельной клеточке в соответствии с приведенными в бланке образцами.
B1 В сосуде неизменного объема находилась при комнатной температуре смесь двух идеальных газов, по 1 моль каждого. Половину содержимого сосуда выпустили, а затем добавили в сосуд 1 моль первого газа. Темпера- тура газов в сосуде поддерживалась неизменной. Как изменились в резуль- тате парциальные давления газов и их суммарное давление? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилось 2) уменьшилось 3) не изменилось
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Парциальное давление Парциальное давление Давление смеси
первого газа второго газа газов в сосуде
B2 Установите соответствие между физическими явлениями и приборами, в которых используются или наблюдаются эти явления.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИБОР
А) Ионизация газа 1) Дифракционная решетка Б) Линейчатый спектр 2) Просветленный объектив
3) Счетчик Гейгера
4) Призменный спектроскоп
А Б
Ответом к каждому из заданий В3–В5 будет некоторое число. Это число надо записать в бланк ответов № 1 справа от номера соответ- ствующего задания, начиная с первой клеточки. Каждый символ (цифру, запятую, знак минус) пишите в отдельной клеточке в соот- ветствии с приведенными в бланке образцами. Единицы физических величин писать не нужно.
Лыжник массой 60 кг спустился с горы высотой 20 м. Какой была сила сопротивления его движению по горизонтальной лыжне после спуска, ес- ли он остановился, проехав 200 м? Считать, что по склону горы он сколь- зил без трения.
В теплоизолированный сосуд с большим количеством льда при темпера- туре
t = 0 °C наливают m = 1 кг воды с температурой t = 44 °C. Какая
1 2
масса льда Δ m расплавится при установлении теплового равновесия в со-
суде? Ответ выразите в граммах.
Прямоугольный контур, образованный двумя рель- сами и двумя перемычками, находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости кон- тура. Правая перемычка скользит по рельсам, сохра- няя надежный контакт с ними. Известны величины: индукция магнитного поля
⊗
R
B υ
В = 0,1 Tл, расстояние
между рельсами l = 10 см, скорость движения перемычки υ = 2 м/c, со-
противление контура R = 2 Ом. Какова сила индукционного тока в кон-
туре? Ответ выразите в миллиамперах (мА).
Не забудьте перенести все ответы в бланк ответов № 1
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.
Около небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке, подвесили на длинной шелковой нити легкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпря- мителя, подав на нее положительный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его, ука- зав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.
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, рас- четы с численным ответом и, при необходимости, рисунок, пояс- няющий решение.
Тело, свободно падающее с некоторой высоты без начальной скорости, за время
τ = 1 с после начала движения проходит путь в n= 5 раз меньший,
чем за такой же промежуток времени в конце движения. Найдите полное время движения.
В вакууме закреплен горизон- тальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль ге- лия. Поршень удерживается упо- рами и может скользить влево
вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Темпе- ратура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К. Какова масса поршня? Считать, что за время движе-
н ия поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.
Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источни- ка
ε = 6 В, его внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление рео-
стата можно изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Чему равна макси- мальная мощность тока, выделяемая на реостате?
В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсато- ра 2,5 нКл. В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА. Найдите заряд конденсатора в этот момент.
Какова максимальная скорость электронов, выбиваемых из металличе- ской пластины светом с длиной волны
λ = 3⋅10 –7 м, если красная граница
фотоэффекта λ = 540 нм?
кр
Инструкция по проверке и оценке работ экзаменуемых по физике
Часть 1
За правильный ответ на каждое задание части 1 ставится 1 балл. Если указаны два и более ответов (в том числе правильный), невер-
ный ответ или ответ отсутствует – 0 баллов.
№ задания Ответ № задания Ответ
А1 4 А14 3
А2 2 А15 4
А3 1 А16 4
А4 3 А17 3
А5 2 А18 4
А6 1 А19 1
А7 3 А20 4
А8 1 А21 2
А9 3 А22 2
А10 4 А23 2
А11 1 А24 3
А12 4 А25 2
А13 1
Часть 2
Задание с кратким ответом считается выполненным верно, если в
заданиях В1, В2 правильно указана последовательность цифр, в заданиях В3, В4, В5 – число.
За полный правильный ответ на задания В1, В2 ставится 2 балла, 1
балл – допущена одна ошибка; за неверный ответ или его отсутствие – 0 баллов.
За правильный ответ на задания В3, В4, В5 ставится 1 балл, за не-
верный ответ или его отсутствие – 0 баллов.
№ задания Ответ
В1 123
В2 34
В3 60
В4 560
В5 10
Часть 3
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
С РАЗВЕРНУТЫМ ОТВЕТОМ
Решения заданий С1–С6 части 3 (с развернутым ответом) оцениваются экспертной комиссией. На основе критериев, представленных в приве- денных ниже таблицах, за выполнение каждого задания в зависимости от полноты и правильности данного учащимся ответа выставляется от 0 до 3 баллов.
Внимание! При выставлении баллов за выполнение задания в «Протокол
проверки ответов на задания бланка № 2» следует иметь в виду, что, если ответ отсутствует
(нет никаких записей, свидетельствующих о том, что
экзаменуемый приступал к выполнению задания), то в протокол простав- ляется «Х», а не «0» .
C1 Около небольшой металлической пластины, укрепленной на изолирующей подставке, подвесили на длинной шелковой нити легкую металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили к клемме высоковольтного выпря- мителя, подав на нее положительный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его, ука- зав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.
Ответ :
Образец возможного решения
1) Гильза притянется к пластине, коснётся её, а потом отскочит и завис- нет в отклонённом состоянии. 2) Под действием электрического поля пластины изменится распределе- ние электронов в гильзе и произойдет ее электризация: та ее сторона, ко- торая ближе к пластине (левая), будет иметь отрицательный заряд, а про- тивоположная сторона (правая) — положительный. Поскольку сила взаимодействия заряженных тел уменьшается с ростом расстояния меж- ду ними, притяжение к пластине левой стороны гильзы будет больше от- талкивания правой стороны гильзы. Гильза будет притягиваться к пла- стине и двигаться, пока не коснется ее. 3) В момент касания часть электронов перейдет с гильзы на положитель- но заряженную пластину, гильза приобретет положительный заряд и от- толкнется от теперь уже одноименно заряженной пластины. 4) Под действием силы отталкивания гильза отклонится вправо и завис- нет в положении, когда равнодействующая силы электростатического от- талкивания, силы тяжести и силы натяжения нити станет равна нулю.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правиль- ный ответ (в данном случае – описание движения гильзы, п.1), и полное верное объяснение (в данном случае – п.2–4) с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае – электриза- ция во внешнем поле и при контакте с заряженным телом, взаимодействие заряженных тел).
3
Приведено решение и дан верный ответ, но имеется один из сле- дующих недостатков: —В объяснении содержатся лишь общие рассуждения без при- вязки к конкретной ситуации задачи, хотя указаны все необхо- димые физические явления и законы.
ИЛИ 2
— Рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в пол- ном объеме или в них содержатся логические недочеты.
ИЛИ
— Указаны не все физические явления и законы, необходимые для полного правильного решения.
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Приведены рассуждения с указанием на физические явления и законы, но дан неверный или неполный ответ.
ИЛИ 1
— Приведены рассуждения с указанием на физические явления и законы, но ответ не дан.
ИЛИ
— Представлен только правильный ответ без обоснований.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла.
0
C2 Тело, свободно падающее с некоторой высоты без начальной скорости, за время
τ = 1 с после начала движения проходит путь в n= 5 раз меньший,
чем за такой же промежуток времени в конце движения. Найдите полное время движения.
Ответ :
Образец возможного решения (рисунок не обязателен)
1. Свободно падающее тело движется равноускоренно с ускорением свободно падения g. В системе отсчета, свя- занной с землей (см. рис.), при указанных начальных условиях закон движения тела с постоянным ускорени- ем (зависимость координаты тела от времени) имеет
0 x
y 1 τ
g
y 2 τ вид: y t ( ) = gt 2 2 .
2. Положение точки в момент t = τ отмечено на рисун-
1
H ке y t ( ) = y , а в момент времени t = − τ T отмечено
1 1 2
y y t ( ) 2 = y 2 . Здесь Т – полное время движения:
y T ( ) = gT 2 = H . Это приводит к системе уравнений
2
gt 2 g τ 2
y = 1 = ,
1 2 2
gt 2 g T ( − τ ) 2
y = 2 = ,
2 2 2
3. В соответствии с условием задачи путь S, пройденный за последнюю
секунду S H = − y 2 = 2 g ? ? T 2 − ( T − τ ) 2 ? ? = g 2 τ ( 2 T − τ ) , в n раз больше, чем
g τ 2
за первую y = : S ny = .
1 2 1
Отсюда получаем соотношение 2 T − τ = τ , позволяющее вычислить n
полное время движения T = n + 1 τ .
2
Ответ: T= 3 с.
Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следую- щие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические за- коны, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – уравнения движения для свободно падающего тела); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и пред- ставлен ответ (с указанием единиц измерения). При этом допус-
3
кается решение «по частям» (с промежуточными вычисления- ми).
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вы- числениях допущена ошибка.
ИЛИ
— Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены.
2
ИЛИ
—Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде.
ИЛИ
— Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа.
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для ре- шения задачи, без каких-либо преобразований с их использова- нием, направленных на решение задачи, и ответа.
ИЛИ
— В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необхо- димая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
1
ИЛИ
— В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допу- щена ошибка, но присутствуют логически верные преобразова- ния с имеющимися формулами, направленные на решение за- дачи.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказан- ным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла.
0
C3 В вакууме закреплен горизон- тальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль ге- лия. Поршень удерживается упо- рами и может скользить влево
вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Темпе- ратура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К. Какова масса поршня? Считать, что за время движе-
н ия поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.
Ответ :
Образец возможного решения
1. Гелий в цилиндре можно рассматривать, как идеальный газ, изменение температуры у
Δ T которого пропорциональ- υ п υ 0
но изменению внутренней энергии
Δ U : Δ = ν U 3 R ΔT.
2 х 0
Здесь ν – количество молей
гелия. Изменение внутренней энергии, в соответствии с первым началом термодинамики, пропорционально количеству теплоты, подведенной к га- зу Q и работе А силы давления поршня, сжимающего газ:
Δ = + U Q A .
В задаче теплообменом пренебрегают, поэтому Δ = U A .
2. При движении поршня от начала его движения в результате неупругого соударения с пулей и до остановки, изменение его кинетической энергии равно работе всех сил, действующих на поршень. Т.к. трения нет, то эта работа равна по модулю и противоположна по знаку работе силы работе силы давления. В инерциальной системе отсчета, связанной с цилиндром
( m M + ) υ 2
(см. рис.), это приводит к выражению п = A .
2
Здесь m и М — соответственно масса пули и масса поршня, υ — ско-
п
рость поршня сразу после попадания пули. Скорость поршня сразу после попадания в него пули можно определить при помощи закона сохранения проекции импульса системы поршень + пуля на горизонтальную ось за время соударения, поскольку импульс внешних сил (силы давления газа и действия упоров) пренебрежимо мал за это время:
m υ = ( m M + ) υ .
0 п
Здесь υ – скорость пули перед соударением.
0
3. Из приведенных выражений получаем: m m υ 0 2 = ν 3 R T Δ ,
M m + 2 2
m 2 2 υ
что позволяет определить массу поршня: M = 0 − m .
3 R νΔ T
Ответ: M ≈ 90 г.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические зако- ны, применение которых необходимо для решения задачи вы- бранным способом (в данном решении — 3
закон сохранения им-
пульса, формула для внутренней энергии идеального одноатомно- го газа, закон сохранения энергии
);
2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному ответу, и представлен от- вет(с указанием единиц измерения). При этом допускается реше- ние «по частям» (с промежуточными вычислениями).
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычис- лениях допущена ошибка. 2
ИЛИ
— Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены.
ИЛИ
— Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но за-
писан правильный числовой ответ или ответ в общем виде.
ИЛИ
— Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа.
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для реше- ния задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. 1
ИЛИ
— В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необхо- димая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ
— В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. 0
C4
Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источни- ка
ε = 6 В, его внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление рео-
стата можно изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Чему равна макси- мальная мощность тока, выделяемая на реостате?
Ответ :
Образец возможного решения (рисунок не обязателен)
1. Мощность, выделяющаяся на реостате при прохождении по нему тока, равна произведению силы тока ε , r
I на напряжение
U на нем: P IU = . I
2. В соответствии с законом Ома для пол- ной цепи, сила тока определяется выраже- Рис. 1
ε
нием I = , Р
r + R
а напряжение на реостате можно опреде- лить с помощью закона Ома для участка цепи: P max
U = IR .
Здесь R – сопротивление части реостата,
включенной в цепь. С помощью приведенных выражений на- пряжение на реостате можно выразить, как функцию силы тока 0 ε ε
I
2r r
Рис. 2
U ( I ) = ε – Ir ,
что позволяет записать формулу для мощности как функции силы тока в цепи
P ( I ) = I ( ε – Ir ).
3. Полученная функция – квадратичная зависимость мощности от силы тока
P ( I ) = – I 2 r + ε I , график которой – парабола. Ее ветви направлены
вниз, а корни уравнения P ( I ) = – I 2 r + ε I = 0 расположены симметрично
относительно положения максимума функции (см. рис. 2).
ε
Так как эти корни: I = 0, I = , то максимум функции мощности P ( I )
1 2 r
ε ε 2
достигается при I = , отсюда P = P ( I ) = .
0 2 r max 0 4 r
Ответ: P = 4,5 Вт.
max
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следую- щие элементы: 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбран- ным способом (в данном решении —
3
закон Ома для полной цепи
и для участка цепи, формула для мощности тока );
2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и пред- ставлен ответ (с указанием единиц измерения). При этом допус- кается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями).
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычис- лениях допущена ошибка.
ИЛИ
— Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены.
2
ИЛИ
— Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но
записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде.
ИЛИ
— Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа.
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для реше- ния задачи, без каких-либо преобразований с их использовани- ем, направленных на решение задачи, и ответа.
ИЛИ
— В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необхо- димая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
1
ИЛИ
— В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допуще- на ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла.
0
C5 В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсато- ра 2,5 нКл. В момент времени
t сила тока в катушке равна 3 мА. Найдите
заряд конденсатора в этот момент.
Ответ :
Образец возможного решения
1. Энергия заряженного конденсатора определяется вы-
I ражением E = q 2 , а энергия магнитного поля тока в
q+ C 2 C
L – C катушке индуктивности E = LI 2 .
L 2
Здесь q – заряд на пластине конденсатора емкостью С, а
I – ток заряда конденсатора, текущий по катушке индуктивностью L (см.
рисунок). 2. В идеальном контуре суммарная энергия конденсатора и катушки со- храняется, периодически переходя из энергии конденсатора в энергию
катушки и обратно: q 2 + LI 2 = E .
2 C 2 0
Закон сохранения энергии позволяет найти зависимость заряда конденса- тора как функцию силы тока I:
q I ( ) = 2 CE − LCI 2 .
0
3. В момент времени, когда зарядный ток обращается в ноль, заряд кон- денсатора достигает максимального значения, и его энергия равна пол-
q 2
ной энергии системы: m = E , откуда 2 CE = q 2 .
2 C 0 0 m
При колебаниях в контуре в некоторый момент заряд конденсатора об- ращается в ноль, а ток через катушку достигает максимального значения I
. При этом энергия магнитного поля катушки равна полной энергии:
m
LI 2 q 2 q 2
m = m , что приводит к соотношению LC = m .
2 2 C I 2
m
С учетом полученных выражений заряд конденсатора можно записать в
виде: q I ( ) = q 1 − I 2 .
m I 2
m
Ответ: заряд конденсатора в момент времени t: 2,0 q = нКл .
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следую- щие элементы: 1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбран- ным способом (в данном решении — формула для энергии заря- женного конденсатора и энергии магнитного поля катушки с 3
током, закон сохранения энергии); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и пред- ставлен ответ (с указанием единиц измерения). При этом допус- кается решение «по частям» (с промежуточными вычисления- ми).
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычис- лениях допущена ошибка. 2
ИЛИ
— Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены.
ИЛИ
—Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде.
ИЛИ
— Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа.
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для реше- ния задачи, без каких-либо преобразований с их использовани- ем, направленных на решение задачи, и ответа. 1
ИЛИ
— В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необхо- димая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ
— В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допуще- на ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. 0
C6 Какова максимальная скорость электронов, выбиваемых из металличе- ской пластины светом с длиной волны
λ = 3⋅10 –7 м, если красная граница
фотоэффекта λ = 540 нм?
кр
Ответ :
Образец возможного решения
1. Максимальная скорость υ фотоэлектронов, выбитых из пластины, мо-
жет быть определена из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:
m υ 2
h ν = А + ,
вых 2
где ν – частота падающих фотонов, А – работа выхода электронов.
вых
Отсюда же нетрудно определить "красную границу" фотоэффекта, т.е. минимальную частоту фотонов
ν , при которой возможно выбивание
min
фотоэлектронов, т.е. кинетическая энергия вылетевших электронов равна нулю:
h ν = A .
min вых
2. Частота фотонов связана с длиной волны падающего света соотношени-
c
ем: λ = .
ν
? 1 1 ?
2 hc ? − ?
3. Отсюда максимальная скорость фотоэлектронов υ = ? λ λ 0 ? ,
m
c
где λ = – длина волны красной границы света.
0
ν
min
Ответ: υ = 800 км/с.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические зако- ны, применение которых необходимо для решения задачи вы- бранным способом (в данном решении — уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, формула, связывающая частоту и длину вол- ны фотона); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному ответу, и представлен ответ (с указанием единиц измерения). При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). 3
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычис- лениях допущена ошибка. 2
ИЛИ
— Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены.
ИЛИ
—Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но за- писан правильный числовой ответ или ответ в общем виде.
ИЛИ
— Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для реше- ния задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа.
1
ИЛИ
— В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необхо- димая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ
— В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения) допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. 0
© 2010 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации