Методические рекомендации для проведения олимпиады по физике для первых курсов СПО

1.     Цели и задачи олимпиады.

Целью олимпиады является выявление и развитие у обучающихся творческих способностей и интереса к научно-исследовательской деятельности, углубление их знаний, создание необходимых условий для поддержки одаренных детей, пропаганда научных знаний, создание условий для профессиональной поддержки юных физиков, профессиональная ориентация учащихся.

2.     Участники олимпиады.

В олимпиаде принимают участие учащиеся первого курса. Олимпиада является открытой. Олимпиада проводится на русском языке.

3.     Организатор.

Преподаватель физики.

4.     Порядок проведения олимпиады и отбора участников.

Олимпиада проводится в один тур. Для решения задач могут потребоваться углубленные по сравнению со стандартной программой знания по астрономии, физике и математике. На олимпиаде пользоваться любыми справочными материалами, электронной и вычислительной техникой, а также средствами связи запрещено. Победители будут определены по результатам набранных участниками баллов.

5.     Регламент и сроки проведения олимпиады.

Олимпиада проводится одним туром продолжительностью 2 астрономических часа. Апелляция результатов проходит после окончания тура. Итогом апелляции могут быть любые изменения результата, вплоть до начисления максимального балла или дисквалификации участника.

6.     Порядок проведения тура.

Участникам предлагается решить 4 задачи, 3 их которых относятся к теоретической части олимпиады, а 1 является практической.

Решение каждой задачи оценивается целым баллом или половиной балла от 0 до 8(с учетом максимального количества баллов на каждое задание).

Для выполнения заданий Олимпиады каждому участнику выдаются два двойных листа в клетку (один – для чистовика, другой – для черновика) и методическое пособие с заданиями. На доске выполняется запись для оформления работ и время проведения Олимпиады.

Участник олимпиады обязан до истечения отведенного на тур времени сдать свою работу. Также, работа может быть сдана  досрочно, после чего, участник должен незамедлительно покинуть место проведения тура.

7.     Процедура оценивания выполненных заданий.

Жюри олимпиады оценивает записи, приведенные в чистовике. Черновики не проверяются.
Правильный ответ, приведенный без обоснования или полученный из неправильных рассуждений, не учитывается. Если задача решена не полностью, то этапы ее решения оцениваются в соответствии с критериями оценок по данной задаче.

Проверка работ осуществляется Жюри олимпиады согласно стандартной методике оценивания решений:

Баллы				Правильность (ошибочность) решения
8	6	5	3	Полное верное решение
7	5	4	2,5	Верное решение. Имеются небольшие недочеты, в целом не влияющие на решение.
6	4	3	2	Решение в целом верное, однако, содержит существенные ошибки (не физические, а математические).
4	3	2	1,5	Найдено решение одного из двух возможных случаев.
3	2	1,5	1	Есть понимание физики явления, но не найдено одно из необходимых для решения уравнений, в результате полученная система уравнений не полна и невозможно найти решение.
1	1	1	0,5	Есть отдельные уравнения, относящиеся к сути задачи при отсутствии решения (или при ошибочном решении).
0	0	0	0	Решение неверное, или отсутствует.

Все пометки в работе участника члены жюри делают только красными чернилами. Баллы за промежуточные выкладки ставятся около соответствующих мест в работе (это исключает пропуск отдельных пунктов из критериев оценок). Итоговая оценка за задачу ставится в конце решения.

8. Награждение победителей.

Победители олимпиады награждаются дипломами I, II и III степени, а также похвальными отзывами (на усмотрение жюри). Количество дипломов определяется Жюри.

Задание.

Теоретическая часть

1.   «Дорога перемен» (3 балла)

Пятую часть времени автомобилист двигался со скоростью 36 км/ч, такую часть времени со скоростью 54 км/ч, а оставшийся путь со скоростью 72 км/ч. Определите среднюю скорость на всем пути.

2.   «Столкновение»  (6 баллов)

На гладкой горизонтальной поверхности лежит     гладкий шар массой 300 г. На него налетает гладкий шар того же радиуса массой 500 г, движущийся со скоростью 2 м/с. Происходит упругий центральный удар шаров. Найдите скорости шаров после соударения.

3.   «Больше льда» (5 баллов)

В калориметр, в котором находится вода массой 1,5 кг при температуре 5 ⁰С, поместили кусок очень холодного льда массой 800 г. Когда установилось тепловое равновесие, оказалось, что масса льда увеличилась до 821 г. Определите начальную температуру льда. Удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг ⁰С), удельная теплоемкость льда  - 2100 Дж/(кг ⁰С), удельная теплота плавления льда – 340 кДж/кг. Теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями пренебречь. Вода из калориметра не выливается.

Практическая часть

4.   «Сухим из воды» (8 баллов)

Необходимо достать монету из воды не замочив пальцев рук. Объясните опыт с точки зрения физического явления.

Оборудование: тарелка, свеча парафиновая, вода, стакан, монета, спички.

Ответы к заданиям.

Теоретическая часть

1.     «Дорога перемен» (3 балла)

Дано:                                    Решение:

t₁ = t/5                                S₁ = V₁t/5

t₂ = t/5                                S₂ = V₂t/5

t₃ = 3t/5                              S₃ = 3V₃t/5

V₁= 36 км/ч =10 м/с         V_cp = S/t

V₂= 54 км/ч =15 м/с          V_cp = S₁+S₂+S₃/t

V₃= 72 км/ч =20 м/с            V_cp = V₁t/5+ V₂t/5+3V₃t/5

                                                                      t

 

V_ср – ?                                    V_cp = V₁t+ V₂t+3V₃t

                                                                     5

                                            V_cp = V₁+ V₂+3V₃

                                                                 5

                                             V_cp = 10+ 15+3 20   = 17 м/с.

                                                                 5

Ответ: средняя скорость автомобиля на всем пути равна 17 м/с.

2.   «Столкновение»  (6 баллов)

Дано:                                 Решение:

m₁= 300 г = 0,3 кг             По закону сохранения импульса:

m₂= 500 г = 0,5 кг            m₂V = m₁V₁ + m₂V₂

V= 2 м/с                           где m₂V – импульс движущегося шара до

      V₁ -?       V₂ - ?         столкновения, импульс неподвижного шара до

                                        столкновения равен нулю.

                                     m₁V₁ – импульс первого шара после столкновения,

m₂V₂  - импульс второго шара после столкновения.

Учитывая проекции векторов на ось, получим выражения закона сохранения:

m₂V = m₁V₁ + m₂V₂

Полученное выражение является уравнением с двумя неизвестными. Рассмотрим дополнительно закон сохранения энергии:

m₂V²/2 = m₁V₁² /2+ m₂V₂²/2

и решим систему этих двух уравнений.

m₂V = m₁V₁ + m₂V₂

m₂V² = m₁V₁² + m₂V₂²

m₂ (V - V₂ ) = m₁V₁  

m₂  (V² - V₂² ) = m₁V₁²

Разделим второе равенство на первое и придем к линейной системе:

(V +V₂ ) = V₁

m₂ (V - V₂ ) = m₁V₁  

Решение имеет вид:

V₁ = (m₂ - m₁/ m₂ + m₁)V

V₂ = 2m₂ / (m₂ + m₁)V

V₁ = 2(0,5 – 0,3/ 0,5 + 0,3) = 0,5 м/с.

V₂ = 2 2 0,5 / (0,5 + 0,3)= 2,5 м/с.

Ответ: скорость первого шара 0,5 м/с, скорость второго шара 2,5 м/с.      

3.   «Больше льда» (5 баллов)

Дано:                                      Решение:

m_в = 1,5кг                          Согласно условию, масса льда в калориметре                                   

t_в = 5 ⁰С                              увеличилась на 21 г. это значит, что вся вода,

t = 0 ⁰С                               находившаяся в сосуде охладилась до нуля, а

m_л = 800г = 0,8кг             затем часть ее превратилась в лед.

Δm_л = 0,021кг                      Температура, установившаяся в калориметре  

с_в = 4200 Дж/кг  ⁰С            равна нулю.

с_л = 2100 Дж/кг  ⁰С           Составим уравнение теплового баланса:                 

λ = 340 000 Дж/кг                Q₁ + Q₂ = Q                  

                                                Q₁ = с_в m_в (t_в – t) – охлаждение воды

t_н - ?                                         Q₂ = λ Δm_л  - кристаллизация воды

                                                                            Q = с_л m_л (t - t_н) – нагревание льда

с_в m_в (t_в – t) + λ Δm_л  = с_л m_л (t - t_н)

t_н = - (с_в m_в t_в + λ Δm_л )/ с_л m_л

t_н = - (4200 Дж/кг ⁰С 1,5кг5⁰С +340000 Дж/кг 0,021кг)/2100 Дж/кг ⁰С0,8кг

t_н = - 23⁰С

Ответ: Начальная температура льда равна  - 23⁰С.

Практическая часть

4.   «Сухим из воды» (8 баллов)

На тарелке ближе к краю расположить монету и налить воды, так, чтобы монета слегка скрылась под водой. Зажечь свечу и опустить на воду. Свечу накрыть стаканом. Через некоторое время свеча погаснет, а вода втянется внутрь стакана. Монета окажется на поверхности тарелки и ее можно будет взять не намочив рук.

Объяснение:

Огонь нагрел воздух внутри стакана. В результате чего воздух расширился, увеличился его объем, а значит выросло и давление этого воздуха. В итоге часть воздуха из стакана начала выходить. Когда огонь потух, воздух остыл и снова уменьшился в объеме, а значит его давление тоже уменьшилось и стало меньше атмосферного. Именно это атмосферное давление и вдавило воду внутрь стакана, обнажив нашу монету. Приходится слышать неверное объяснение этого старинного опыта (первое его описание принадлежит, видимо, древнему ученому Филону Византийскому (306-337 гг. н.э.). Говорят, что сгорает кислород и потому количество газа под стаканом уменьшается. Главная причина только в нагревании воздуха, а вовсе не в поглощении кислорода горящей бумагой.