Тренировочная работа по физике, 11 класс, 14 февраля 2018 г.

Пока выкладываю первую часть, завтра, надеюсь, последует вторая. Много времени ушло на оформление и рисунки)))

Задача 1. Велосипедист едет по кольцевому велотреку диаметром 200 м с постоянной по модулю скоростью. За минуту он проезжает путь, равный трём диаметрам трека. Чему равен модуль ускорения велосипедиста?

Итак, его скорость равна

   

Определяем нормальное (центростремительное) ускорение:

   

Ответ: 1 м/с.

Задача 2. Тело массой 2 кг лежит на гладкой горизонтальной плоскости. В момент времени к этому телу прикладывают две взаимно перпендикулярные силы    и , направленные горизонтально, модули которых изменяются со временем по законам и , а направления не меняются. Определите модуль ускорения тела в момент времени с.

Определим равнодействующую:

   

Тогда через 4 с сила равна Н, а модуль ускорения тела

   

Ответ: 10 м/с.

Задача 3. Модуль импульса частицы равен 10 кг ⋅ м/с, а её кинетическая энергия 25 Дж.  Чему равен модуль скорости частицы?

   

   

Тогда

   

Ответ: 5 м/с.

Задача 4. К горизонтальной лёгкой рейке, лежащей на двух опорах А и В, в точке О прикреплён груз массой 10 кг. Длина отрезка ОА равна 4 м, длина отрезка ОВ равна 1 м. Определите модуль силы, с которой действует на рейку опора В.

Обозначим силы. Рейка легкая – у нее силы тяжести нет. Так как нас интересует , то уравнение моментов составим относительно точки , чтобы эта неизвестная реакция опоры исчезла из уравнения.

   

   

   

Ответ: 80 Н.

Задача 5. На рисунке приведён график зависимости модуля средней скорости материальной точки от времени при прямолинейном движении. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения и укажите их номера.

1) Модуль ускорения точки равен 2 м/с.

2) Модуль ускорения точки равен 4 м/с.

3) За первые 3 с движения материальная точка проходит путь 8 м.

4) За первые 2 с движения материальная точка проходит путь 12 м.

5) Модуль начальной скорости материальной точки равен 1 м/с.

Сложное задание. Надо все время помнить, что есть средняя скорость, тогда будет несложно его решить. По графику видно, что начальная скорость равна 2 м/с. Так как при равноускоренном движении средняя скорость – это всегда полусумма конечной и начальной, то для запишем

   

   

   

Следовательно, тело за 1 с увеличило свою скорость на 4 м/с, что говорит о том, что его ускорение 4 м/c.

Далее, если помнить, что по определению средняя скорость – это весь путь, деленный на все время, нетрудно вычислить:

   

   

Ответ: 24

Задача 6. С края обрыва высотой 20 м бросают точечное тело с начальной скоростью 20 м/с под углом к горизонту. Определите, как изменятся через 2,5 с после начала полёта следующие величины: потенциальная энергия взаимодействия тела с Землёй и модуль проекции импульса тела на вертикальную плоскость.

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.

Определим время подъема тела на максимальную высоту:

   

   

   

   

Тогда через 2 с тело вернется на уровень, с которого его бросили и далее будет падать ниже этого уровня. Поэтому его потенциальная энергия к моменту 2,5 с уменьшится.

Через 2 с модуль вертикальной проекции скорости точно такой же, как при броске. А через 2,5 с он уже больше, следовательно, проекция импульса на вертикальную плоскость также больше, чем при броске.

Ответ: 21

Задача 7. Небольшое тело массой m, лежащее на краю гладкой полусферической лунки радиусом R, соскальзывает в неё, не имея начальной скорости. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, при помощи которых их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под  соответствующими буквами.

На краю лунки тело имеет потенциальную энергию . Эта энергия станет кинетической внизу лунки: . Поэтому скорость равна . Ну а ускорение .

Ответ: А-4, Б – 1

Задача 8. Идеальный газ находится в закрытом сосуде при нормальном атмосферном давлении. При неизменной концентрации молекул средняя кинетическая энергия хаотического теплового движения молекул уменьшается на 2 %. Определите конечное давление газа.

Давление газа определяется формулой . Если изменилась кинетическая энергия – следовательно, температура уменьшилась.

   

Таким образом, если кинетическая энергия снизилась на 2%, то и температура, а значит, и давление уменьшились тоже на 2%. Нормальное давление – 100 кПа, значит, стало 98 кПа.

Ответ: 98 кПа.

Задача 9. В гладкой горизонтальной трубе с площадью поперечного сечения 25 см расположен поршень. Слева от поршня всё время поддерживается постоянное давление 200 кПа, а справа от него всё время поддерживается постоянное давление 400 кПа. В исходном состоянии к поршню прикладывают некоторую силу, удерживая его в равновесии. Какую работу нужно совершить для того, чтобы очень медленно переместить поршень на 10 см вправо?

Работать будет сила, которая уравновешивает давления.

   

Ее работа

   

Ответ: 50 Дж.

Задача 10. Относительная влажность воздуха при температуре 100 °С равна 50 %. Определите массу водяного пара в одном литре такого влажного воздуха. Ответ приведите в граммах, округлив до десятых долей.

При температуре кипения давление насыщенного пара равно атмосферному. То есть

   

   

   

Тогда

   

   

Ответ: 0,3 г.

Задача 11. На pV-диаграмме представлен цикл идеальной тепловой машины (цикл Карно), совершаемый с постоянным количеством идеального газа.

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения.

1) Процессы 2–3 и 4–1 являются изотермическими.

2) Процессы 2–3 и 4–1 являются адиабатическими.

3) В процессе 3–4 газ не совершает работы.

4) В процессе 2–3 газ отдает некоторое количество теплоты.

5) В процессе 1–2 газ получает некоторое количество теплоты.

Утверждение 2 верно и опровергает 1. Так как 1-2 – изотермическое расширение, то работа газом совершается, значит, ему передают тепло извне, поскольку его внутренняя энергия неизменна.

Ответ: 25

Задача 12. На рисунке показаны pT-диаграммы двух циклических процессов, совершаемых с одним и тем же постоянным количеством идеального газа. Некоторая тепловая машина сначала осуществляет цикл 1− 2 − 3− 4 −1,  а затем – цикл 5 − 6 − 7 −8 − 5 . Используя рисунок, определите, как изменятся указанные в таблице физические величины при переходе тепловой машины от функционирования по циклу 1− 2 − 3− 4 −1 к функционированию по циклу 5 − 6 − 7 −8 − 5 .

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.

Перерисуем график в оси .

Сразу видно, что работа за цикл – а она равна его площади – не изменилась, а вот в процессе изобарного сжатия она для этих циклов отличается. Это процессы 1-4 и 5-8, и работа в процессе 5-8 меньше, чем в процессе 1-4.

Ответ: 32

Задача 13. Положительный электрический заряд Q равномерно распределён по тонкому прямому отрезку. На продолжении этого отрезка находится точечный положительный заряд q (см. рисунок). Куда направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила, действующая на заряд q со стороны заряда Q? Ответ запишите словом (словами).

Так как заряды положительны, они будут отталкиваться. Сила направлена всегда вдоль прямой, на которой расположены точечные заряды. В данном случае распределенный заряд можно считать точечным с точки зрения заряда . Следовательно, сила направлена вправо.

Ответ: вправо.

Задача 14. Четыре конденсатора одинаковой электроёмкости C = 25 пФ соединены так, как показано на схеме. Определите электроёмкость полученной батареи конденсаторов.

Два, включенных параллельно, сложатся, осталось посчитать последовательное соединение:

   

   

Ответ: 10 пФ.

Задача 15. Поток вектора магнитной индукции через некоторый проводящий контур изменяется от 10 мкВб до 30 мкВб. Сопротивление контура 5 Ом. Найдите модуль электрического заряда, который при этом протекает через контур.

   

   

   

Ответ: 4 мкКл.

Задача 16. Электрон влетает в пространство между пластинами плоского конденсатора со скоростью м/с (на рисунке показан вид сверху) на расстоянии от пластин. Расстояние между пластинами мм, длина пластин см, напряжение между ними 10 В.

Выберите два верных утверждения.

1) Модуль напряжённости электрического поля в конденсаторе равен 2,5 кВ/м.

2) На электрон внутри конденсатора со стороны электрического поля будет  действовать сила, всегда направленная вдоль отрицательного направления оси 0y .

3) В процессе движения электрона внутри конденсатора действующая на него со стороны поля электрическая сила не будет изменяться.

4) Траектория движения электрона в конденсаторе представляет собой прямую линию, направленную под углом к оси 0x .

5) Время, которое потребуется электрону для того, чтобы вылететь из конденсатора, равно 0,15 мкс.

Первое утверждение легко проверить:

   

Первое – верно.

Второе тоже неверно, так как  электрон – отрицательно заряженная частица, и его будет притягивать положительно заряженная верхняя пластина.

Третье верно.

Четвертое, очевидно, неверно, так как скорость вдоль оси электрон будет наращивать постепенно: его движение равноускоренное в этом направлении. И траектория обязана быть похожей на параболу.

Осталось проверить пятое.

   

Неверно.

Ответ:  13

Задача 17. Плоский конденсатор заполнен непроводящим веществом с диэлектрической проницаемостью, равной 3, и подключён к источнику постоянного напряжения. Это вещество удаляют из конденсатора и взамен помещают между пластинами другой изолирующий материал с диэлектрической проницаемостью, равной 5. Как меняются в результате замены диэлектрика электрическая ёмкость конденсатора и заряд на его пластинах?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

1) увеличивается;

2) уменьшается;

3) не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.

Цифры в ответе могут повторяться.

Емкость конденсатора прямо зависит от качества диэлектрика.

   

Поэтому она увеличится при его замене. Так как емкость увеличилась при том же напряжении, конденсатор теперь способен держать больший заряд.

Ответ: 11

Задача 18. На рисунке изображена схема электрической цепи, содержащей резистор сопротивлением Ом, два резистора сопротивлением , незаряженный конденсатор ёмкостью 25 мкФ, ключ и источник постоянного напряжения с ЭДС 5 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением. Ключ замыкают. Установите соответствие между физическими величинами и их значениями через достаточно большое время после замыкания ключа.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Когда ключ замкнут, конденсатор начнет заряжаться и зарядится до . Тогда  ток в емкости прекратится.  А напряжение будет, на каждой ветви – . Так как оба резистора в нижней ветке обладают одинаковым сопротивлением, то падать на них будет по В. Ток в неразветвленной части цепи будет

   

Ток поделится между ветвями как 4:1, сообразно сопротивлениям, поэтому в ветви с потечет А, а в ветви с сопротивлением –  А –  то есть 0,625 А.

Ответ: 23

Задача 19. В ноябре 2016 г. в периодическую таблицу Менделеева был официально внесён новый химический элемент с порядковым номером 115 – он получил название «московий» (обозначается Mc). Атомная масса наиболее стабильного изотопа этого элемента (из ныне известных) равна 289. Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в атомном ядре этого изотопа московия?

Протонов – 115, как и электронов, нейтронов тогда 289-115=174

Ответ: 115, 174 (возможно, в бланк записывается без запятой!)

Задача 20. Период полураспада элемента 1 в три раза больше периода полураспада элемента 2. За некоторое время число атомов элемента 1  уменьшилось в 8 раз. Во сколько раз за это же время уменьшилось число атомов элемента 2?

Раз число атомов уменьшилось втрое, значит, прошло три периода полураспада. Тогда для второго элемента – 9, и  распалось  в раз больше.

Ответ: в  512 раз(-а).

Задача 21. Установите соответствие между описанием ядерной реакции и видом радиоактивного распада, происходящего в ходе этой реакции. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Ответ: 13

Задача 22. Мультиметр – это современный комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе он включает функции вольтметра, амперметра и омметра.

Пользуясь фотографией, определите напряжение, измеряемое с помощью мультиметра, если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления шкалы вольтметра.

Ответ: ( ) B.

Задача 23. Необходимо собрать экспериментальную установку, с помощью которой можно измерить сопротивление резистора. Для этого школьник взял исследуемый резистор, набор электрических проводов и вольтметр. Какие два предмета из приведённого ниже перечня оборудования необходимо дополнительно использовать для проведения этого эксперимента?

1) амперметр

2) резистор с известным сопротивлением

3) второй вольтметр

4) конденсатор

5) источник напряжения

Очевидно, потребуется источник. И еще амперметр – измерить ток.

Ответ: 15

Задача 24. Как известно, Эдвин Хаббл установил, что Вселенная расширяется. Выберите два утверждения, которые правильно описывают это явление.

1) Образовавшееся во время Большого взрыва жёсткое гамма-излучение регистрируется орбитальными телескопами в виде гамма-вспышек.

2) Причиной расширения Вселенной является большое количество антиматерии в галактиках.

3) Расширение Вселенной происходит с ускорением.

4) Все звёзды в нашей Галактике удаляются от Солнца.

5) Расстояние между достаточно удалёнными друг от друга объектами Вселенной со временем увеличивается.

Что называется, без комментариев:

Ответ: 35