Laboratoriepersonal fick ett statligt pris. Laboratoriepersonal fick ett statligt pris Stage 2 av den ryska olympiaden för skolbarn i fysik

Ett litet block genom ett system av block är anslutet med en osträckbar tråd med en lång vagn som kan rulla på en horisontell yta. Stången placeras på vagnen och sätts i rörelse med en konstant hastighet ν = 2 m / s, riktad horisontellt längs vagnen (se bild 1.1).

Vilken hastighet i förhållande till baren kommer vagnen att ha för närvarande när vinkeln mellan den lutande tråden och horisonten är α = 60 °? Tänk på att vagnen i det angivna ögonblicket inte nådde väggen som blocken är fästa på.

Möjlig lösning

På grund av trådens oflexibilitet är projiceringen av repens hastighet A till riktningen AB lika med projiceringen av hastigheten för repens punkt D till riktningen DC, dvs ν ∙ cosα = u , där u är vagnens hastighet i förhållande till marken. Vagnens hastighet i förhållande till baren är: ν rel. = u + ν = ν ∙ (1 + cosα) = 3 m / s.

Svar: v rel. = 3 m / s.

Evalutionskriterie

Problem 2

En isbit med en kula frusen i den hänger på en tråd och är delvis nedsänkt i vatten i ett tunnväggigt cylindriskt glas som står på bordet. Isen rör inte glasets väggar och botten. Glasbottenyta S = 100 cm 2. Trådspänningen är F = 1 N. Hur mycket kommer vattennivån i glaset att förändras efter att isen har smält? Kommer det att stiga eller falla? Kulan har en massa m = 10 g och en densitet ρ = 10 000 kg / m 3. Vattentäthet ρ 0 = 1000 kg / m 3

Möjlig lösning

Tänk på yttre krafter som påverkar innehållet i ett glas, i vilket vi inkluderar vatten, en isbit och en kula. Tyngdkraften kompenseras av två yttre krafter riktade uppåt - kraften F och tryckkraften från botten. Den senare är enligt Newtons tredje lag lika stor i storlek som trycket på botten från vätskans sida. Av jämviktstillståndet för innehållet i glaset i det ursprungliga tillståndet följer:

F + S ∙ ρ 0 ∙ g ∙ h 1 = m innehållande ∙ g,

där h 1 är höjden på vattennivån i utgångsläget.

Efter att isen har smält återstår massan av innehållet, men nivån ändras
vatten i ett glas och därmed vattentrycket nära botten. Dessutom slutar kraften F att verka, men till botten med kraften

kulan börjar krossas. Det nya jämviktsvillkoret för glasets innehåll är:

S ∙ ρ 0 ∙ g ∙ h2 + N = m innehållande ∙ g,

där h 2 - höjden på vattennivån i det slutliga tillståndet.

Genom att subtrahera den andra från den första ekvationen får vi ett uttryck för att ändra vattennivån i glaset:

Eftersom detta värde är positivt kommer nivån att stiga.

Evalutionskriterie

Total inte mer 10 poäng för uppgiften!

Problem 3

En liten boll med massan m, upphängd av en lätt otöjbar tråd från taket i rummet, släpptes utan initial hastighet från det tillstånd där tråden var horisontell. Hitta arbetet med trådens spänningskraft över bollen när den rör sig från toppen till det lägsta läget. Ge svaret för den referensram som är associerad med rummet och för referensramen som rör sig horisontellt i förhållande till rummet i ritningens plan med konstant hastighet V. Trådens längd L. Den referensram som är associerad med rummet kan betraktas som tröghet.

Möjlig lösning

I referensramen som är associerad med rummet är trådens spänningskraft vid varje rörelsestund vinkelrät mot bollens hastighet, därför är dess arbete noll.

Lagen om bevarande av mekanisk energi för en boll har formen

m ∙ g ∙ L = m ∙ u 2/2,

varifrån du kan hitta bollens hastighet i det nedre läget:

I en rörlig referensram är bollens initialhastighet i absolut värde V och
modulen för bollens slutliga hastighet är | V - u |. Sedan följer det av kinetisk energisats för bollen:

Härifrån finner vi att arbetet med trådspänningskraften är lika med:

Eftersom i en rörlig referensram när som helst vinkeln mellan bollens hastighetsvektorer och spänningskraften är trubbig, är denna krafts arbete negativt.

Evalutionskriterie

Problem 4

På bordet ligger en bräda med en massa av m 1 = 2 kg, och på brädet finns ett block med en massa av m 2 = 1 kg. En lätt tråd är bunden till stången, vars andra ände kastas över ett perfekt block som är fäst vid brädans kant. Friktionskoefficienterna mellan brädan och bordet och mellan stången och brädet är desamma och lika med μ = 0,1. Trådens sektion mellan stången och blocket är horisontell. Med vilken omfattning kommer accelerationerna och skivan att börja röra sig om en nedåtgående kraft F = 5 N appliceras på trådens vertikala sektion? Accelerationen på grund av gravitation kan anses vara lika med g = 10 m / s 2.

Möjlig lösning

Tre krafter verkar på brädet i horisontell riktning: trådens högra spänningskraft och friktionskrafterna till vänster från golvet och stången. Den horisontella komponenten av trådspänningskraften som verkar på brädan till höger är lika med modul 5 N.Den är större än summan av modulerna för de maximala friktionskrafterna som verkar på brädet:

μ [(m 1 + m 2) ∙ g + F] + μ ∙ m 2 + μ ∙ m 2 ∙ g = 4,5 H

Därför kommer brädan att glida på golvet till höger. Dessutom är det uppenbart att
stapeln glider på brädet till vänster. Från Newtons andra lag,
skrivet för styrelsen och för baren, hittar vi modulerna för deras accelerationer:

Evalutionskriterie

Problem 5

Den elektriska kretsen är ett trådnät som består av länkar med samma motstånd R... En länk ersätts av en voltmeter, vars motstånd också är lika med R... Spänningskälla ansluten till nätet U 0 = 20 V som visas i figur 5.1... Hitta avläsningen på voltmätaren.

Möjlig lösning

Låt oss schematiskt avbilda de strömmar som flödar i nätets länkar, med hänsyn till dess symmetri och Ohms lag för en del av kretsen. Enligt denna lag är strömmarna i parallella länkar under samma spänning omvänt proportionella mot motstånden hos dessa länkar. Vid avbildning av strömmar är det också nödvändigt att ta hänsyn till lagen om bevarande av elektrisk laddning för nätnoder - summan av strömmar som strömmar in i en nod bör vara lika med summan av strömmar som strömmar ut ur en nod. Notera dessutom att på grund av kretsens symmetri flyter inte strömmar genom de mellersta vertikala ledarna.

Om en ström strömmar genom de övre länkarna med en kraft I, då strömmar en ström genom de mellersta horisontella ledarna med en kraft 2 I(sedan den nuvarande I flödar genom länkar med totalt motstånd 4 R och strömmen 2 I- genom länkar med totalt motstånd 2 R). Ström med våld 3 I strömmar genom en sektion av kretsen med ett totalt motstånd 10 R/3 - detta avsnitt innehåller alla element, förutom de två nedre horisontella länkarna. Detta innebär att genom de två nedre horisontella länkarna med totalt motstånd 2 R strömmen flödar med kraft 5 I... Spänningen över dessa två nedre länkar är U 0 = IR... För en voltmeter kan du skriva: U v = 3∙ I∙ R... Härifrån

U v =3∙ U 0 / 10 = 6 V.

Svar : U v = 6 tum

Evalutionskriterie

Vid lösning genom att konstruera en ekvivalent krets:

• Poäng för varje korrekt utförd åtgärd Lägg till.
• Vid ett aritmetiskt fel (inklusive ett fel vid konvertering av måttenheter), uppskattningen minskar med 1 poäng.
• Max för 1 uppgift - 10 poäng.
• Totalt för arbete - 50 poäng.

Den 21 februari hölls i Ryska federationens regeringshus ceremonin för utdelning av regeringens priser inom utbildningsområdet för 2018. Priserna delades ut till pristagarna av vice premiärministern i Ryska federationen T.A. Golikova.

Bland pristagarna av utmärkelsen finns anställda vid Laboratoriet för arbete med begåvade barn. Priset togs emot av lärarna i det ryska landslaget vid IPhO Vitaly Shevchenko och Alexander Kiselev, lärarna i det ryska landslaget vid IJSO Elena Mikhailovna Snigireva (kemi) och Igor Kiselev (biologi) och chefen för den ryska nationella team, MIPT-prorektor Artyom Anatolyevich Voronov.

De viktigaste prestationerna för vilka laget tilldelades ett regeringspris-5 guldmedaljer för det ryska laget vid IPhO-2017 i Indonesien och 6 guldmedaljer för laget vid IJSO-2017 i Holland. Varje elev tog hem guld!

Ett så högt resultat vid den internationella fysikolympiaden uppnåddes av ett ryskt lag för första gången. I hela IPhO -historien sedan 1967 har varken det ryska laget eller Sovjetunionens landslag någonsin lyckats vinna fem guldmedaljer tidigare.

Komplexiteten i Olympiadens uppgifter och utbildningsnivån för lag från andra länder växer ständigt. Det ryska landslaget har dock under de senaste åren varit bland de fem bästa lagen i världen. För att uppnå höga resultat förbättrar lärarna och ledningen för landslaget systemet med förberedelser för praktiken i vårt land. Har dykt upp utbildningsskolor, där studenter studerar i detalj de svåraste delarna av programmet. En bas av experimentella uppgifter skapas aktivt genom att slutföra vilka killarna förbereder för den experimentella turnén. Distansarbete utförs regelbundet; under förberedelsåret får barnen cirka tio teoretiska läxuppgifter. Stor uppmärksamhet betalat till en högkvalitativ översättning av problemförhållandena vid själva Olympiaden. Utbildningar förbättras.

Höga resultat vid internationella olympiader är resultatet långt arbete ett stort antal lärare, anställda och studenter vid MIPT, personliga lärare på området och skolbarnens hårda arbete. Förutom de ovannämnda pristagarna gavs ett stort bidrag till landslagets förberedelse av:

Fedor Tsybrov (skapa uppgifter för kvalificerade avgifter)

Alexey Noyan (experimentell förberedelse av landslaget, utveckling av en experimentell workshop)

Alexey Alekseev (skapa uppgifter för kvalificerade avgifter)

Arseny Pikalov (förberedelse av teoretiska material och ledande seminarier)

Ivan Erofeev ( många års arbeteåt alla håll)

Alexander Artemiev (läxecheck)

Nikita Semenin (skapa uppgifter för kvalificerade avgifter)

Andrey Peskov (utveckling och skapande av experimentella installationer)

Gleb Kuznetsov (experimentell träning av landslaget)

Andra (kommunala) etappen

Helrysk olympiad för skolbarn i fysik

10.1. På ett jämnt horisontellt bord ligger en tunn båge med en massa M... En lätt otöjbar tråd lindas runt ringens omkrets, vi drar med kraft i trådens fria ände F tangentiell för ringen. Med vilken acceleration rör sig änden av tråden, som vi drar för?

Lösning

Bågen kommer att glida på bordet och tråden rullas av från den. Som ett resultat kommer bågen att utföra en komplex rörelse, som kan representeras som summan av borrningens rörelse som helhet (i avsaknad av rotation) och bågens rotationsrörelse runt dess axel (med en stationär mitt på ramen). Eftersom tråden inte är töjbar är den önskade accelerationen av dess ände lika med den tangentiella (tangentiella) accelerationen för den punkt på ramen där den rör vid tråden. I enlighet med regeln för att lägga till accelerationer är denna acceleration lika med summan av accelerationen som är associerad med ringrörelsens translationella rörelse och tangentkomponenten i accelerationen av punkterna på ramen som är associerad med dess rotationsrörelse: a = a post + a rotera

Eftersom ramen utför en translationell rörelse under påverkan av en konstant kraft F, då a inlägg = F/M... På grund av det faktum att bågen är tunn och alla dess element är på samma avstånd från rotationsaxeln, är tangentkomponenten i acceleration av bågpunkter också lika med a rotation = F/M... Därför är den önskade accelerationen av trådänden a trådar = a = 2F/M.

Kriterier

Poäng	Vilka poäng delas ut för
	Komplett rätt lösning
	Hittade rätt a posta och a rotera, men då viks de fel eller inte alls.
	Hittade rätt a posta eller a rotation (någon av mängderna).

10.2. Till ditt förfogande finns 6 motstånd med ett motstånd på 100 Ohm. Hur ansluter du dem för att få ett motstånd så nära 60 ohm som möjligt? Det är inte nödvändigt att använda alla motstånd!

Lösning

Tänk på tre elektriska kretsscheman:

Låt oss beräkna motståndet hos dessa kretsar:

100 Ohm / 2 = 50 Ohm	≈ 66,7 Ohm	= 60 Ohm

Anslutningsmotstånd i krets 3 ger det bästa resultatet, exakt 60 ohm.

Kriterier

Poäng	Vilka poäng delas ut för
	Ett diagram över den nödvändiga kretsen ges och en beräkning görs som bevisar att dess motstånd är 60 ohm.
	Tre eller flera kretsar i olika kretsar övervägdes och deras motstånd beräknades, men kretsen för den önskade kretsen (med ett motstånd på exakt 60 ohm) fanns inte bland dem.
	1 eller 2 diagram över olika kretsar övervägdes och deras motstånd beräknades, men kretsarna i den önskade kretsen (med ett motstånd på exakt 60 ohm) fanns inte bland dem.
	1 kretsschema beaktas och dess motstånd beräknas, men denna krets är inte den önskade (med ett motstånd på exakt 60 ohm).
	Det finns separata ekvationer eller ritningar relaterade till problemets väsen, i avsaknad av en lösning (eller i fallet med en felaktig lösning).
	Lösningen är fel eller saknas.

10.3. Två vätskeströmmar med olika temperatur matas in i kärlet genom två rör. Efter blandning och justering av temperaturen i kärlet rinner överflödig vätska ut. I det första experimentet var vätskans temperaturer +50 ° C och +80 ° C, och den resulterande temperaturen i kärlet visade sig vara +60 ° C. I det andra experimentet ökades flödeshastigheten för den första vätskan med 1,2 gånger och dess temperatur höjdes till + 60 ° C. Flödeshastigheten för den andra vätskan och dess temperatur förändrades inte. Hitta steady-state-temperaturen.

Lösning

Låt oss skriva ner värmebalansekvationerna för båda experimenten. Låt oss beteckna massflödeshastigheterna för vätskor genom M och men∙M, respektive specifik värmekapacitet - genom c, temperaturer - genom t 1 = +50 ° С, t 2 = +80 ° С, t 3 = +60 ° С, och önskad temperatur - genom t.

Låt oss lösa det resulterande ekvationssystemet:

=> =>

Kriterier

Poäng	Vilka poäng delas ut för
	Komplett rätt lösning
	Den rätta lösningen, där det finns små brister som i allmänhet inte påverkar lösningen (skrivfel, fel i beräkningar, etc.).
	Värmebalansekvationerna för båda experimenten skrevs korrekt, men lösningen erhölls inte.
	Värmebalansekvationen skrevs korrekt endast för ett av experimenten.
	Det finns separata ekvationer relaterade till problemets väsen, i avsaknad av en lösning (eller i fallet med en felaktig lösning).
	Lösningen är fel eller saknas.

10.4. På ett slätt horisontellt bord finns en ljusstav, till vars ändar korta, osträckliga bitar av lätt tråd är bundna. Vikter fästs vid trådändarnas fria ändar M och 3 M ligger på bordet (se bild). Trådarna hänger inte först. En kraft appliceras på mitten av stången F parallellt med trådbitarna och vinkelrätt mot stången. Hitta accelerationen i mitten av stapeln. Räkna snabbt innan stången vänder!

Lösning

Eftersom stången är lätt, krafter summan av momenten i trådspänningen T 1 och T 2 och styrka F, beräknat med avseende på en axel som passerar genom vilken punkt som helst, måste vara lika med noll. Följaktligen, T 1 = T 2 = F/2.

Eftersom trådarna är otöjliga och inte sjunker, är accelerationerna på stavändarna lika med accelerationerna för vikterna som är fästa vid dem: för stapelns vänstra ände och https://pandia.ru/text/78/452/images/image014_43.gif "width =" 123 "height =" 42 src = ">.

Kriterier

Poäng	Vilka poäng delas ut för
	Komplett rätt lösning
	Den rätta lösningen, där det finns små brister som i allmänhet inte påverkar lösningen (till exempel stavfel).
	Accelerationerna på stångens (eller vikter) ändar hittas korrekt, men accelerationen i mitten av stången är inte bestämd.
	Trådspänningskrafterna hittas korrekt.
	Det finns separata ekvationer eller ritningar med förklaringar relaterade till problemets väsen, i avsaknad av en lösning (eller vid en felaktig lösning).
	Lösningen är fel eller saknas.