ЕГЭ физика 2011

Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 1 / 27)
Единый государственный экзамен по ФИЗИКЕ
Демонстрационный вариант
контрольных измерительных материалов единого
государственного экзамена 2011 года
по физике
подготовлен Федеральным государственным научным учреждением
«ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»
Единый государственный экзамен по ФИЗИКЕ
Пояснения к демонстрационному варианту контрольных
измерительных материалов 2011 года по ФИЗИКЕ
При ознакомлении с демонстрационным вариантом контрольных
измерительных материалов 2011 года следует иметь в виду, что задания, включённые в демонстрационный вариант, не отражают всех вопросов содержания, которые будут проверяться с помощью вариантов КИМ в 2011 году. Полный перечень вопросов, которые могут контролироваться на едином государственном экзамене 2011 года, приведен в кодификаторе элементов содержания по физике для составления контрольных измерительных материалов (КИМ) единого государственного экзамена 2011 года.
Назначение демонстрационного варианта заключается в том, чтобы
дать возможность любому участнику ЕГЭ и широкой общественности составить представление о структуре будущих КИМ, количестве заданий, их форме, уровне сложности. Приведённые критерии оценки выполнения заданий с развёрнутым ответом, включённые в этот вариант, дают представление о требованиях к полноте и правильности записи развёрнутого ответа.
Эти сведения позволят выпускникам выработать стратегию подготовки
и сдачи ЕГЭ.
Демонстрационный вариант
контрольных измерительных материалов
для проведения в 2011 году единого государственного экзамена
по ФИЗИКЕ
Инструкция по выполнению работы
Для выполнения экзаменационной работы по физике отводится 4 часа
(240 минут). Работа состоит из 3 частей, включающих 35 заданий.
Часть 1 содержит 25 заданий (А1–А25). К каждому заданию дается
4 варианта ответа, из которых правильный только один.
Часть 2 содержит 4 задания (В1–В4), в которых ответ необходимо
записать в виде набора цифр.
Часть 3 состоит из 6 задач (С1–С6), для которых требуется дать
развернутые решения.
При вычислениях 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 какое-то
задание вызывает у вас затруднение, пропустите его. К пропущенным заданиям можно будет вернуться, если у вас останется время.
Баллы, полученные вами за выполненные задания, суммируются.
Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее 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
ускорение свободного падения на Земле g = 10 м/с 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 скорость света в вакууме с = 3·10 N А = 6·10 8 м/с 23 моль –1
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 а.е.м. = 1,66 ⋅10 –27 кг
1 атомная единица массы эквивалентна 931,5 МэВ
1 электронвольт 1 эВ = 1,6 ⋅10 –19 Дж
Масса частиц
электрона 9,1 ⋅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.
А1 Четыре тела двигались по оси Ох. В таблице представлена зависимость их координат от времени.
t, c 0 1 2 3 4 5
x 1 , м 0 2 4 6 8 10
x 2 , м 0 0 0 0 0 0
x 3 , м 0 1 4 9 16 25
x 4 , м 0 2 0 –2 0 2
У какого из тел скорость могла быть постоянна и отлична от нуля?
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
А2 На тело в инерциальной системе отсчета действуют две силы. Какой из векторов, изображенных на правом рисунке, правильно указывает
направление ускорения тела в этой системе отсчета?
F 1 1
4
3
F 2 2
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
А3 На рисунке представлен график зависимости модуля силы упругости от удлинения пружины. Чему равна жесткость пружины? F, H
40
1) 250 Н/м 2) 160 Н/м 3) 2,5 Н/м 4) 1,6 Н/м 20
0 4 8 12 x, см
А4 Два тела движутся по взаимно перпендикулярным пересекающимся прямым, как показано на рисунке. y
тела р системы этих тел после их абсолютно неупругого удара? Модуль импульса первого тела р 2 = 3 кг ⋅м/с. Чему равен модуль импульса 1 = 4 кг ⋅м/с, а второго p p 2 x
1
1) 1 кг ⋅ м/с 2) 4 кг·м/с 3) 5 кг ⋅м/с 4) 7 кг ⋅м/с
А5 Автомобиль массой 10 3 кг движется со скоростью 10 м/с. Чему равна
кинетическая энергия автомобиля?
1) 10 5 Дж 2) 10 4 Дж 3) 5 ⋅10 4 Дж 4) 5 ⋅10 3 Дж
Период колебаний пружинного маятника 1 с. Каким будет период колебаний, если массу груза маятника и жесткость пружины увеличить в 4 раза?
А6
1) 1 с 2) 2 с 3) 4 с 4) 0,5 с
На последнем километре тормозного пути скорость поезда уменьшилась на 10 м/с. Определите скорость в начале торможения, если общий тормозной
А7
путь поезда составил 4 км, а торможение было равнозамедленным.
1) 20 м/с 2) 25 м/с 3) 40 м/с 4) 42 м/с
А8 При снижении температуры газа в запаянном сосуде давление газа уменьшается. Это уменьшение давления объясняется тем, что
1) уменьшается энергия теплового движения молекул газа 2) уменьшается энергия взаимодействия молекул газа друг с другом 3) уменьшается хаотичность движения молекул газа 4) уменьшаются размеры молекул газа при его охлаждении
А9 На газовой плите стоит узкая кастрюля с водой, закрытая крышкой. Если воду из неё перелить в широкую кастрюлю и тоже закрыть, то вода закипит
заметно быстрее, чем если бы она осталась в узкой. Этот факт объясняется тем, что
1) увеличивается площадь нагревания и, следовательно, увеличивается
скорость нагревания воды
2) существенно увеличивается необходимое давление насыщенного пара в
пузырьках и, следовательно, воде у дна надо нагреваться до менее высокой температуры
3) увеличивается площадь поверхности воды и, следовательно, испарение
идёт более активно
4) заметно уменьшается глубина слоя воды и, следовательно, пузырьки
пара быстрее добираются до поверхности
Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 60%. Воздух изотермически сжали, уменьшив его объем в два раза. Относительная
А10
влажность воздуха стала равна
1) 120% 2) 100% 3) 60% 4) 30%
А11 Четыре металлических бруска положили вплотную друг к другу, как показано на рисунке. Стрелки указывают направление A
теплопередачи от бруска к бруску. B C
Температуры брусков в данный момент 100 °С, 80°С, 60°С, D
40 °С. Температуру 60°С имеет брусок
1) A 2) B 3) C 4) D
А12 При температуре 10 °С и давлении 10 5 Па плотность газа равна 2,5 кг/м 3 .
Какова молярная масса газа?
1) 59 г/моль 2) 69 г/моль 3) 598 кг/моль 4) 5,8·10 -3 кг/моль
А13 Незаряженное металлическое тело внесли в однородное электростатическое поле, а затем разделили на части А и В
Е
(см. рисунок). Какими электрическими зарядами обладают эти части после разделения? A B
1) А – положительным, В – останется нейтральным 2) А – останется нейтральным, В – отрицательным 3) А – отрицательным, В – положительным 4) А – положительным, В – отрицательным
А14 электрический По проводнику ток. течет Значение постоянный заряда, q, Кл
прошедшего через проводник, возрастает с течением времени согласно графику, представленному на рисунке. Сила тока в проводнике равна
6
4
2
0 2 4 6 8 t, с
1) 36 А 2) 16 А 3) 6 А 4) 1 А
А15 Индуктивность витка проволоки равна 2 ⋅10 –3 Гн. При какой силе тока в витке
магнитный поток через поверхность, ограниченную витком, равен 12 мВб?
1) 24 ⋅10 –6 А 2) 0,17 А 3) 6 А 4) 24 А
А16 На рисунке в декартовой системе координат представлены вектор индукции z
B магнитного поля
в электромагнитной волне и вектор c скорости ее В
распространения. Направление вектора напряженности электрического поля 1 2 c
E в волне совпадает со стрелкой 3 y
x 4
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
А17 Ученики исследовали соотношение между скоростями автомобильчика и y
его изображения в плоском зеркале в системе отсчета, связанной с зеркалом (см. рисунок). Проекция на ось О υ
х 0 х
вектора скорости, с которой движется изображение,в этой системе отсчета
равна 1) – 2
υ 2) 2 υ 3) υ 4) – υ
© 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 9 / 27) Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 10 / 27)
А23 Один из способов измерения постоянной Планка основан на определении максимальной кинетической энергии электронов при фотоэффекте с
А18 S 1 S 2 Два точечных источника света S друг от друга и создают на удаленном экране Э устойчивую интерференционную картину (см. рисунок). Это возможно, если S 1 и S 2 находятся близко помощью измерения напряжения, задерживающего их. В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов.
О Э непрозрачном экране, освещенные 1 и S 2 — малые отверстия в ЗадерживающеенапряжениеU , В 0,4 0,9 Частота света ν , 10 14 Гц 5,5 6,9
1) каждое своим солнечным зайчиком от разных зеркал 2) одно – лампочкой накаливания, а второе – горящей свечой 3) одно синим светом, а другое красным светом 4) светом от одного и того же точечного источника
Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна
1) 6,6 ⋅10 –34 Дж ⋅с 2) 5,7⋅10 –34 Дж ⋅с 3) 6,3⋅10 –34 Дж ⋅с 4) 6,0⋅10 –34 Дж ⋅с
А24 При измерении силы тока в проволочной спирали R четыре ученика по- разному подсоединили амперметр. Результат изображен на рисунке. Укажите верное подсоединение амперметра.
А19 Два точечных положительных заряда
q 1 = 200 нКл и q 2 = 400 нКл нахо- q 1 A q 2
дятся в вакууме. Определите вели- чину напряженности электрического поля этих зарядов в точке А, расположенной на прямой, соединяющей заряды, на расстоянии L 2 L 1) 2)
L от первого
и 2 L от второго заряда. L = 1,5 м.
1) 1200 кВ/м 2) 1200 В/м 3) 400 кВ/м 4) 400 В/м 3) 4)
А20 На рисунке представлены несколько самых нижних уровней энергии атома водорода. Может ли атом, находящийся Е, эВ 0
в состоянии Е 1 , поглотить фотон с энергией 3,4 эВ? Е Е 3 2 – 1,5 – 3,4
1) да, при этом атом переходит в состояние 2) да, при этом атом переходит в состояние Е Е 3 2 А25 При проведении эксперимента ученик исследовал зависимость модуля силы упругости пружины от длины пружины, которая выражается формулой
4) нет, энергии фотона недостаточно для перехода атома 3) да, при этом атом ионизуется, распадаясь на протон и электрон Е 1 – 13,6 График полученной зависимости приведен на рисунке. F l ( ) = k l l − 0 , где l 0 – длина пружины в недеформированном состоянии. F, Н
в возбужденное состояние
10
А21 Какая доля радиоактивных ядер распадается через интервал времени, равный двум периодам полураспада? 6 8
4
1) 100% 2) 75% 3) 50% 4) 25% 2
А22 Радиоактивный полоний 84 216 Po , испытав один α-распад и два β-распада, Какое(-ие) из утверждений соответствует(-ют) результатам опыта? А. Длина пружины в недеформированном состоянии равна 3 см. Б. Жесткость пружины равна 200 Н/м. 0 1 2 3 4 5 6 l, cм
превратился в изотоп
1) свинца 212 82 Pb 2) полония 212 84 Po 3) висмута 83 212 Bi 4) таллия 208 81 Tl
1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
© 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ © 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 11 / 27)
Часть 2
Ответом к заданиям этой части (В1–В4) является
последовательность цифр. Впишите ответы сначала в текст работы, а затем перенесите их в бланк ответов № 1 справа от номера соответствующего задания, начиная с первой клеточки, без пробелов и каких-либо дополнительных символов. Каждую цифру пишите в отдельной клеточке в соответствии с приведёнными в бланке образцами.
В1 В результате перехода с одной круговой орбиты на другую центростремительное ускорение спутника Земли уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода радиус орбиты спутника, скорость его движения по орбите и период обращения вокруг Земли? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Радиус орбиты Скорость движения Период обращения
по орбите вокруг Земли
В2 Температуру холодильника тепловой машины увеличили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от
нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины, количество теплоты, отданное газом за цикл холодильнику, и работа газа за цикл?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
КПД тепловой Количество теплоты, отданное газом Работа газа
машины холодильнику за цикл работы за цикл
В3 Пучок света переходит из воды в воздух. Частота световой волны – ν,
скорость света в воде – υ , показатель преломления воды относительно
воздуха – n. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ
A) длина волны света в воздухе υ
1) n ⋅ ν
Б) длина волны света в воде n ⋅ ν
2) υ
n ⋅ υ
3) ν
υ
4) ν
А Б
Ответ:
В4 + – Конденсатор колебательного контура подключен к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). Графики А и Б представляют
+ С – K 1 изменения физических величин,
2 характеризующих колебания в контуре после переведения переключателя К в положение 2. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости
L
которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) 1) заряд левой обкладки конденсатора
0 T t 2) сила тока в катушке
Б) 3) энергия электрического поля конденсатора
0 T t 4) энергия магнитного поля катушки
Ответ: А Б
Не забудьте перенести все ответы в бланк ответов № 1.
© 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 13 / 27) Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 14 / 27)
Часть 3
С3 В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа
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, С2 и т.д.), а затем решение соответствующей задачи. Ответы записывайте четко и разборчиво. p 1 = 4·10 5 Па.
Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения
поршня S = 25 см 2 . В результате медленного нагревания газ получил
количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние
x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной
F тр = 3·10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд
находится в вакууме. При проведении лабораторной работы ученик собрал электрическую цепь по схеме на рисунке. Сопротивления
С1 На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформа- тора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с ε , r
С4 R 1 и R 2 равны 20 Ом и 150 Ом
A соответственно. Сопротивление вольтметра равно 10 кОм, а амперметра – 0,4 Ом. ЭДС источника равна 36 В, а его внутреннее сопротивление – 1 Ом.
V R 1 R 2
ε . V A
ε , r
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, расчеты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение. На рисунке показаны шкалы приборов с показаниями, которые получил ученик. Исправны ли приборы или же какой-то из них даёт неверные показания?
С5 Небольшой груз, подвешенный на нити длиной 2,5 м, совершает
гармонические колебания, при которых его максимальная скорость достигает
0,2 м/с. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебаний маятника и плоскости экрана. Определите максимальное смещение изображения груза на экране от положения равновесия.
С2 Шайба массой m начинает движение по желобу AB из точки А из состояния
покоя. Точка А расположена выше точки В на высоте H = 6 м. В процессе
движения по желобу механическая энергия шайбы из-за трения уменьшается на Δ
E = 2 Дж. В точке В шайба вылетает из желоба под углом α = 15°
к горизонту и падает на землю в точке D, находящейся на одной горизонтали с точкой В (см. рисунок). BD
= 4 м. Найдите массу шайбы m.
Сопротивлением воздуха пренебречь.
A С6 Монохроматический пучок параллельных лучей создается источником, который за время Δ
t = 8·10 –4 с излучает N = 5·10 14 фотонов. Фотоны падают
H по нормали на площадку S = 0,7 см 2 и создают давление P = 1,5·10 –5 Па. При
этом 40% фотонов отражается, а 60% поглощается. Определите длину волны излучения.
B α D
© 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ © 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2011 г. ФИЗИКА, 11 класс. (2011 - 15 / 27)
Система оценивания экзаменационной работы 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), неверный
ответ или ответ отсутствует – 0 баллов.
№ задания Ответ № задания Ответ
А1 1 А14 4
А2 3 А15 3
А3 1 А16 2
А4 3 А17 4
А5 3 А18 4
А6 1 А19 4
А7 1 А20 4
А8 1 А21 2
А9 1 А22 2
А10 2 А23 2
А11 2 А24 3
А12 1 А25 3
А13 4
Часть 2
Задание с кратким ответом считается выполненным верно, если в
заданиях В1–В4 правильно указана последовательность цифр.
За полный правильный ответ ставится 2 балла, 1 балл – допущена одна
ошибка; за неверный ответ (более одной ошибки) или его отсутствие – 0 баллов.
№ задания Ответ
В1 121
В2 212
В3 34
В4 14
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 приведенных 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 проставляется «Х», а не «0».
С1 На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформа- ε , r
тора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен посередине и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с
A
V
ε .
Образец возможного решения
1. Во время перемещения движка реостата показания амперметра будут плавно увеличиваться, а вольтметр будет регистрировать напряжение на концах вторичной обмотки. Примечание: Для полного ответа не требуется объяснения показаний приборов в крайнем левом положении. (Когда движок придет в крайнее левое положение и движение его прекратится, амперметр будет показывать постоянную силу тока в цепи, а напряжение, измеряемое вольтметром, окажется равным нулю.)
2. При перемещении ползунка влево сопротивление цепи уменьшается, а сила тока увеличивается в соответствии с законом
ε
Ома для полной цепи I = , где R – сопротивление внешней
R r +
цепи.
3. Изменение тока, текущего по первичной обмотке трансформатора,
вызывает изменение индукции магнитного поля, создаваемого этой обмоткой. Это приводит к изменению магнитного потока через вторичную обмотку трансформатора.
4. В соответствии с законом индукции Фарадея возникает ЭДС
ΔΦ
индукции ε инд = − Δ t во вторичной обмотке, а следовательно,
напряжение U на ее концах, регистрируемое вольтметром.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее
правильный ответ (в данном случае – изменение показаний
приборов, п. 1), и полное верное объяснение (в данном случае – п. 2–4) с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае – 3
электромагнитная индукция, закон индукции Фарадея,
закон Ома для полной цепи).
Приведено решение и дан верный ответ, но имеется один из следующих недостатков: – в объяснении содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи, хотя указаны все необходимые физические явления и законы;
ИЛИ 2
– рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в полном 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
С2 Шайба массой m начинает движение по желобу AB из точки А из состояния
покоя. Точка А расположена выше точки В на высоте H = 6 м. В процессе
движения по желобу механическая энергия шайбы из-за трения уменьшается на Δ
E = 2 Дж. В точке В шайба вылетает из желоба под углом α = 15° к
горизонту и падает на землю в точке D, находящейся на одной горизонтали с точкой В (см. рисунок). BD = 4 м. Найдите массу шайбы
m. Сопротивлением
воздуха пренебречь.
A
H
B α D
Образец возможного решения
1. Скорость шайбы в точке В определяется из баланса ее энергии
в точках А и В с учетом потерь на трение: m υ 2 = m H g − Δ E .
2
Отсюда υ 2 = 2g H − 2 Δ E .
m
2. Время полета шайбы из точки В в точку D:
y = υ sin α ⋅ − t g t 2 = где y – вертикальная координата шайбы в системе 0,
2
отсчета с началом координат в точке В. Отсюда t = 2 sin υ α .
g
3. Дальность полета BD определяется из выражения для
горизонтальной координаты шайбы в той же системе отсчета:
υ 2
BD = υ cos α ⋅ = t sin 2 . α
g
4. Подставляя в выражение для BD значение υ 2 , получаем
BD = 2 ? ? H − Δ E ? ? sin 2 . α
? mg ?
5. Отсюда находим массу шайбы: m = Δ E .
g H ? ? ? − 2sin 2 BD α ? ? ?
Ответ: m = 0,1 кг.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
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 энергии и формулы кинематики свободного падения); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ;
3
при этом допускается 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 вычислениях 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 решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;
ИЛИ
– в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая 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), 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
С3 В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа p
1 = 4·10 5 Па.
Расстояние от дна сосуда до поршня равно L. Площадь поперечного сечения поршня S = 25 см
2 . В результате медленного нагревания газ получил
количество теплоты Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние x = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной F
тр = 3·10 3 Н. Найдите L. Считать, что сосуд
находится в вакууме.
Образец возможного решения
1. Поршень будет медленно двигаться, если сила давления газа на поршень и сила трения со стороны стенок сосуда уравновесят друг друга:
р S
p S F 2 = тр ,
откуда р 2 = F S тр = 12 ⋅10 5 Па > р 1 . L x
2. Поэтому при нагревании газа поршень будет неподвижен, пока давление газа не достигнет значения р
2 . В этом процессе газ получает
количество теплоты Q 12 .
Затем поршень будет сдвигаться, увеличивая объем газа, при постоянном давлении. В этом процессе газ получает количество теплоты Q
23 .
3) В процессе нагревания, в соответствии с первым началом термодинамики, газ получит количество теплоты:
Q Q = 12 + Q 23 = ( U 3 − U 1 ) + p Sx 2 = ( U 3 − U 1 ) + F x тр .
4) Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:
U 1 = 2 3 ν RT 1 = 2 3 p SL 1 в начальном состоянии,
U 3 = 2 3 ν RT 3 = 2 3 p S L x 2 ( + ) = 2 3 F L x тр ( + в конечном состоянии. )
5) Из пп. 3, 4 получаем L = Q − 5 2 F x тр .
2 3 ( F тр − p S 1 )
Ответ: L = 0,3 м.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
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 – выражение для внутренней энергии одноатомного идеального газа, уравнение Клапейрона–Менделеева, выражение для работы газа и первое начало термодинамики); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. 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
вычислениях 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 решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;
ИЛИ
— в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая 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), 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
С4 При проведении лабораторной работы ученик собрал электрическую цепь по схеме на рисунке. Сопротивления R
1 и R 2 равны 20 Ом и 150 Ом
соответственно. Сопротивление вольтметра равно 10 кОм, а амперметра – 0,4 Ом. ЭДС источника равна 36 В, а его внутреннее сопротивление – 1 Ом.
R R
1 2
V A
ε , r
На рисунке показаны шкалы приборов с показаниями, которые получил ученик. Исправны ли приборы или же какой-то из них даёт неверные показания?
Образец возможного решения
Для определения силы тока используем закон Ома для полной цепи. Вольтметр
и резистор R 1 соединены параллельно. Следовательно, R общ 1 = R 1 V + R 1 1 .
Отсюда Следовательно, R общ = R I R R V 1 = ⋅ + R V 1 = 20 10000 ε 10020 ⋅ = ≈ 19,96 20 ≈ 36 (Ом). = 36 ≈ 0,21 (А).
R 1 + R 2 + R A + r 20 150 0,4 1 171,4 + + +
Амперметр показывает силу тока около 0,22 А. Цена деления шкалы
амперметра 0,02 А, что больше, чем отклонение показаний от расчёта. Следовательно, амперметр даёт верные показания.
Для определения напряжения используем закон Ома для участка цепи: I = U .
R 1
Отсюда U = ⋅ I R 1 = 0,21 20 4,2 ⋅ = (В). Вольтметр же показывает напряжение
4,6 В. Цена деления вольтметра 0,2 В, что в два раза меньше отклонения показаний. Следовательно, вольтметр даёт неверные показания. Примечание: решение задачи считается верным, если измерительные приборы считаются идеальными.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
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 – закон Ома для полной цепи и для участка цепи, формулы для расчета сопротивления участка цепи при последовательном и параллельном соединении проводников);
3
2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты,
приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается 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 вычислениях
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 решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;
ИЛИ
– в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая 1
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
С5 Небольшой груз, подвешенный на нити длиной 2,5 м, совершает
гармонические колебания, при которых его максимальная скорость
достигает 0,2 м/с. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебаний маятника и плоскости экрана. Определите максимальное смещение изображения груза на экране от положения равновесия.
Образец возможного решения
При колебаниях маятника максимальная скорость груза υ может быть определена
из закона сохранения энергии: m υ 2 = mgh , где h l = ( 1 cos − α ) = 2 sin l 2 α ≈ l α 2 –
2 2 2
максимальная высота подъема груза. Максимальный угол отклонения α ≈ A , где
l
А – амплитуда колебаний (амплитуда смещения). Отсюда А = υ l .
g
Амплитуда А 1 колебаний смещения изображения груза на экране, расположенном
на расстоянии b от плоскости тонкой линзы, пропорциональна амплитуде А
колебаний груза, движущегося на расстоянии а от плоскости линзы: A 1 = A a b .
Расстояние а определяется по формуле тонкой линзы: 1 = + 1 1 , откуда
F a b
a b = b F − F , и b a = F b − 1 . Следовательно, A 1 = A a b = υ g a l b ,
А 1 = υ g F l ? ? ? b − 1 ? ? ? .
Ответ: А 1 = 0,15 м.
Критерии оценки выполнения задания Баллы
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
увеличения тонкой линзы и формула тонкой линзы); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). – закон сохранения энергии, формула для 3
Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков:
– в необходимых математических преобразованиях или вычислениях
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 решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;
ИЛИ
– в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая 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), 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
С6 Монохроматический пучок параллельных лучей создается источником, который за время Δt = 8·10
–4 с излучает N = 5·10 14 фотонов. Фотоны падают
по нормали на площадку S = 0,7 см 2 и создают давление P = 1,5·10 –5 Па. При
этом 40% фотонов отражается, а 60% поглощается. Определите длину волны излучения.
Образец возможного решения
Выражение для давления света:
P P = отр + P погл = N отр Δ p отр S t + Δ N погл Δ p погл . (1)
(Формула (1) следует из F = Δ Δ p t и P F S = / .)
Формулы для изменения импульса фотона при отражении и поглощении лучей:
Δ p отр = 2 , p Δ p погл = p ; число отраженных фотонов: N отр = 0,4 N , а
поглощенных: N погл = 0,6 N .
Тогда выражение (1) принимает вид P = 1,4Np S t Δ .
Выражение для импульса фотона: p = λ h .
Выражение для длины волны излучения: λ = 1,4Nh .
PS t Δ
Ответ: λ = 1,5 10 1,4 5 10 ⋅ ⋅ ⋅ − 5 ⋅ 0,7 10 14 ⋅ ⋅ 6,6 10 − 4 ⋅ ⋅ ⋅ 8 10 − 34 − 4 = 5,5 10 м ⋅ − 7 .
Критерии оценки выполнения задания Баллы
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 – формулы для давления света, импульса фотонов, II закон Ньютона); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. 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 вычислениях 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 решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;
ИЛИ
– в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для 1
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
© 2011 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки РФ