Олимпиада по физике школьный тур 9 класс

Школьный тур олимпиады

Физика

9 класс

1. В сосуде № 1 с водой плавает сосуд № 2, в который также налито некоторое количество воды. Если температуру воды в сосуде увеличить до 100 ⁰С, то вода в этом сосуде начнет кипеть. Будет ли при этом кипеть вода в сосуде № 2. Ответ поясните. (10 баллов)

2. Профессор Глюк решил определить плотность вещества некоторого сплошного однородного тела. Он заметил, что при полном погружении в жидкость, плотность которой ρ₁, тело весит P₁, а при полном погружении в жидкость с плотностью ρ₂ тело весит P₂. Используя эти данные, Глюк быстро получил формулу для вычисления плотности вещества тела. Как рассуждал профессор? Какую формулу для расчёта плотности тела он вывел? (20 баллов)

3. Профессор Глюк солнечным светом решил осветить дно глубокого колодца. Угол падения света в данный момент равен 56⁰. Как для этого профессору нужно расположить плоское зеркало, чтобы отраженный от него свет достиг дна? (35 баллов)

4. Профессор Глюк ведро с водой массой m поднимал из колодца глубиной h равноускоренно за время t. Помогите профессору определить совершенную при этом работу. Объясните, во что превращается энергия, затраченная в процессе совершения этой работы? (35 баллов)

Решения заданий школьной  олимпиады

1. В сосуде № 1 с водой плавает сосуд № 2, в который также налито некоторое количество воды. Если температуру воды в сосуде увеличить до 100 ⁰С, то вода в этом сосуде начнет кипеть. Будет ли при этом кипеть вода в сосуде № 2. Ответ поясните. (10 баллов)

Решение

Для кипения жидкости в сосуде №2 необходимо нагреть воду в этом сосуде до 100 ⁰С, после чего непрерывно сообщать ей количество теплоты, необходимое для парообразования. Вода же в сосуде № 2 находится в состоянии термодинамического равновесия с кипящей водой в сосуде № 1, температура которой в процессе парообразования равна 100 ⁰С и не изменяется. Поэтому после начала кипения воды в сосуде № 1 теплота перестает передаваться от этого сосуда к сосуду № 2, и кипение в последнем происходить не может.

2. Профессор Глюк решил определить плотность вещества некоторого сплошного однородного тела. Он заметил, что при полном погружении в жидкость, плотность которой ρ₁, тело весит P₁, а при полном погружении в жидкость с плотностью ρ₂ тело весит P₂. Используя эти данные, Глюк быстро получил формулу для вычисления плотности вещества тела. Как рассуждал профессор?  Какую формулу для расчёта плотности тела он вывел? (20 баллов)

Решение

Вес Р₁ тела в жидкости есть его собственный вес Р минус выталкивающая сила F'_А, действующее на тело со стороны жидкости: Р₁ = Р – F'_А.

Аналогично для другой жидкости запишем: Р₂ = Р – F"_А.

Так как Р = ρgV,     F'_А = ρ₁gV,  F"_А = ρ₂gV, то Р₁ = ρgV – ρ₁gV (1) и Р₂ = ρgV – ρ₂gV (2).

Выразив V из (1) и (2), получим V = Р₁/g(ρ - ρ₁) и V = Р₂/g(ρ – ρ₂).    =>

ρ = (Р₂ ρ₁ – Р₁ ρ₂)/(Р₂ – Р₁).

3. Профессор Глюк солнечным светом решил осветить дно глубокого колодца. Угол падения света в данный момент равен 56⁰. Как для этого профессору нужно расположить плоское зеркало, чтобы отраженный от него свет достиг дна? (35 баллов)

Решение

Из рисунка видно, что так как отраженный от зеркала луч  должен быть вертикальным, то , следовательно,

. Угол - соответствует высоте Солнца над горизонтом,

Т.о.

4. Профессор Глюк ведро с водой массой m поднимал из колодца глубиной h равноускоренно за время t. Помогите профессору определить совершенную при этом работу. Объясните, во что превращается энергия, затраченная в процессе совершения этой работы? (35 баллов)

Решение

Очевидно, что работа тратится на подъем тела на высоту h и сообщение кинетической энергии. Пусть A - полная энергия тела, V - конечная скорость. Ясно, что

Так как движение одномерно и начальная скорость равна нулю, то v = at. Из равенства h = at²/2 имеем a = 2h / t²,  v = ( 2h / t² )·t; поэтому