Школьный этап всероссийской олимпиады школьников по физике

Школьный этап всероссийской олимпиады школьников по физике

Учебный год

КЛАСС

Максимальный балл – 30

1. Запишите названия животных в порядке убывания скорости их движения.

Скорость выразить в м/с.

· Акула – 500 м/мин

· Бабочка – 8 км/ч

· Муха – 300 м/мин

· Гепард – 112 км/ч

· Черепаха – 6 м/мин

Максимальное количество баллов-7

2. Таракан Митрофан совершает прогулку по кухне. Первые 10 с он шел со скоростью 1 см/св направлении на север, затем повернул на запад и прошел 50 см за 10с, 5 с постоял, а затем в направлении на северо-восток со скоростью 2 см/с, проделал путь длиной 20 см. Здесь его настигла нога человека. Сколько времени гулял по кухне таракан Митрофан? Какова средняя скорость движения таракана Митрофана?

Максимальное количество баллов-10

3. При самом резком торможении автомашина до оста­новки проходит некоторый, иногда немалый путь. Почему? От чего зависит величина тормозного пути?

Максимальное количество баллов-3

 

Экспериментальная задача

 

Даны лабораторный калориметр, мензурка, два стакана — один с холодной, а другой с горячей водой, термометр. Исследуйте, как зависит температура смеси от соотношения объемов холодной и горячей воды. Опишите ход своего эксперимента. Заполните таблицу с результатами измерений и сформулируйте выводы. 

Соотношение объема горячей воды и холодной	1:3	1:1	1:2	2:1	3:1
Температура смеси, ᵒ С

 

Пояснение: лабораторный калориметр представляет собой стакан, стоящий на подставке внутри примерно такого же стакана. Такое устройство, благодаря воздушной прослойке между стаканами, уменьшает потери тепла на нагрев окружающего воздуха.

Максимальное количество баллов-10

·

·· VII Московский марафон учебных предметов. День физики ···

Г.Ф.ТУРКИНА, ГОУ ЦО «Технологии обучения.
Школа дистанционной поддержки образования детей-инвалидов», г. Москва

Физика на воздушных шариках

Инструкция физической лаборатории

Воздушные шарики – бесценный подручный материал для наблюдения физических явлений и постановки различных физических экспериментов.

Изучение условий плавания тел

Итак, у нас в солёной воде плавает шарик с солёной водой. НО в зависимости от соотношения концентрации соли в шарике и кастрюле, этот «поросёнок» может плавать и внутри жидкости, и на поверхности, и даже пойти ко дну. Всегда тонут: шарик с холодной водой в горячей воде, шарик с солёной водой в холодной и горячей воде.

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ о зависимости выталкивающей силы от соотношения плотностей жидкости и тела.

Изучение действия закона Архимеда в воздухе

Братьям Монгольфье в XVIII в. удалось изготовить большой шар, наполнить его лёгким газом (горячим воздухом) и отправиться в воздушное путешествие. Такие воздушные шары в честь братьев-изобретателей стали называть монгольфьерами. Вам понадобятся два шарика, один из которых наполнен гелием.

• Привязываем к шарику с гелием маленькую лёгкую игрушку и отпускаем шарик.

• Второй шарик надуваем воздухом и отпускаем.

Наблюдение. Шарик с гелием летит вверх, а шарик с воздухом опускается.

Объяснение. Плотность гелия меньше плотности воздуха. Выталкивающая сила, действующая на этот шарик, больше силы тяжести, и он устремляется вверх – «всплывает». Надутый шарик тяжелее вытесненного им воздуха. Он «тонет».

Изучение давления

Мы настолько привыкли к тому, что надутый шарик, попав на остриё, с шумом лопается, что шарик на гвоздях под тяжестью груза воспринимается нами как сверхъестественное явление. Тем не менее это факт… Вам понадобятся ипликатор (Кузнецова, Ляпко) или доска с равномерно набитыми гвоздями (через каждый сантиметр).

• Надуваем воздушный шарик и кладём его на острия ипликатора Кузнецова.

• Осторожно сверху надавливаем на шарик. Увеличиваем нажим. Хватит ли у вас сил нажать так, чтобы он лопнул?

Наблюдение. Самое удивительное, что шарик, лежащий на остриях, только сплющивается под нажимом, но не лопается!

Объяснение. Из-за большого количества остриёв, с которыми соприкасается шарик, давление на оболочку шарика оказывается незначительным, допустимым для тонкой резины. Воздушный шарик на гвоздях выдерживает 60 Н (груз массой 6 кг)!

Изучение газовых законов

Закон Бойля–Мариотта

Газовый закон, независимо окрытый английским учёным Бойлем и французским учёным Мариоттом: при неизменной температуре и массе давление газа обратно пропорционально его объёму.

Как работают лёгкие?

Диафрагма опускается – вдох, поднимается – выдох. Сделаем модель лёгких и посмотрим на её работу глазами физика.

• Отрезаем дно пластиковой бутылки.

• Помещаем воздушный шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горлышко.

• Отрезанную часть бутылки затягиваем плёнкой от другого воздушного шарика (разрезаем его ножницами) и закрепляем скотчем.

• Оттягиваем плёнку – шарик надувается, надавливаем на плёнку – шарик сдувается.

Объяснение. Объём воздуха внутри бутылки оказывается изолированным. При оттягивании плёнки этот объём увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного. Шарик внутри бутылки надувается воздухом атмосферы. При надавливании на плёнку объём воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сдувается. Так же работают и наши лёгкие. Резиновая плёнка имитирует диафрагму, воздушный шарик – лёгкие. Резиновая плёнка-диафрагма опускается (оттягивается) – вдох, поднимается – выдох.

Шарик в бутылке

• Помещаем шарик внутрь бутылки и натягиваем его на горловину.

• Пробуем надуть шарик.

Наблюдение. Надуть шарик в бутылке невозможно!

Объяснение. При увеличении объёма шарика воздух, объём которого в бутылке изолирован, сжимается, давление увеличивается. Только человек с мощными лёгкими (певец, пловец) может отчасти справиться.

• Делаем шилом отверстие в бутылке ближе ко дну.

• Пытаемся ещё раз надуть шарик. Получается!

• Когда шарик надуется, закрываем пальцем отверстие – шарик остаётся надутым!

• Отрезаем донышко у пластиковой бутылки и пытаемся снова надуть шарик.

Наблюдение. Он легко надувается, если внутренний объём бутылки сообщается с атмосферой.

Закон Шарля

Газовый закон, открытый французским учёным Шарлем, утверждает: чем выше температура газа при постоянном давлении и неизменной массе, тем больший объём он занимает.

Шарик в банке

• Надеваем шарик на водопроводный кран и наливаем в него воды так, чтобы размер шарика с водой стал немного больше горловины двух- или трёхлитровой стеклянной банки. Надёжно завязываем шарик.

• Поджигаем листок бумаги и бросаем в банку.

• Кладём шарик на горловину банки.

Наблюдение. Пламя в банке гаснет. Шарик втягивается в банку.

• Наливаем в пустую банку горячей воды из чайника.

• Выливаем воду и тут же кладём шарик с водой на горловину банки.

Наблюдение. Шарик забавно втягивается в банку.

Примечание. Этот опыт протекает медленнее первого.

Объяснение. В первом опыте воздух в банке нагревает горящая бумага. Когда на банку кладут шарик, он перекрывает доступ кислорода, горение прекращается. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного. Воздух в ба нке быстро остывает, его плотность увеличивается, объём уменьшается – шарик втягивается в банку.

Во втором опыте горячая вода нагревает банку, а банка нагревает воздух. Банка с воздухом быстро остывает, и тяжёлый шарик засасывается внутрь. Опыт можно проводить с надутым шариком, но тогда он получается не таким ярким.

Шарик в парилке

• Надуваем шарик до среднего размера и завязываем горловину узлом.

• Измеряем ниткой размер шарика и делаем узелок-метку (нитку берём с запасом).

• Кладём шарик в миску и обливаем его горячей водой (кипятком) из чайника.

• Измеряем ниткой новый размер шарика. Сравниваем результаты.

Наблюдение. Шарик на глазах увеличивается в размерах – это подтверждает и проверка ниткой.

Шарик на морозе

• Надуваем шарик и надёжно завязываем горловину узлом, но не ниткой (такой быстрее сдувается).

• Измеряем ниткой длину окружности шарика и делаем узелок-метку.

• Помещаем воздушный шарик на несколько часов в холодильник (луч ше в морозильную камеру) или выносим на мороз.

• Спустя несколько часов сравниваем размеры шарика в начале опыта и в конце.

Наблюдение. Шарик на морозе изрядно «худеет» и «стареет» (сморщивается).

Воздушный парадокс

Этот опыт ставит многих в тупик. Понадобятся два одинаковых воздушных шарика, трубочка длиной 10–30 см и диаметром 15–20 мм (на неё должен туго надеваться шарик).

• Несильно и НЕ ОДИНАКОВО надуваем шарики.

• Натягиваем шарики на противоположные концы трубки. Чтобы шарики при этом не сдувались, перекручиваем их горловины.

• Раскручиваем горловины – шарики свободно сообщаются между собой через трубку.

Наблюдение. Воздух перетекает из одного шарика в другой. Но… маленький шарик надувает большой!

Объяснение. Многие считают, что раз масса воздуха больше в шарике большего размера, то этот шарик будет сдуваться и надувать маленький шарик. Но такое рассуждение ошибочно. Причина наблюдаемого явления в давлении внутри шарика. Давление газа зависит от кривизны поверхности, т.е. от радиуса сферы: чем меньше радиус, тем больше давление. (Вспомним сообщающиеся сосуды – вода перетекает не из того сосуда, где меньше воды, а из того, где давление больше.) Кроме того, все знают, как трудно начинать надувать шарик, но когда «мёртвая» точка преодолена, дальше он надувается легко. Следовательно, и упругость резины играет немаловажную роль.

Примечание. Можно наблюдать и такой результат: маленький шарик «не хочет» сдуваться и надувать большой. По-видимому, в этом случае упругость резины играет ведущую роль. Трубочку можно сделать самим из тонкого картона. Главное, чтобы она была герметичной.

Изучаем закон Бернулли

Воздушный поцелуй

Один из основных законов гидро- и аэродинамики – закон Бернулли: чем выше скорость воздушного потока, тем меньше в нём давление.

• Надуваем два воздушных шарика до одинакового размера и привязываем к каждому нитку длиной около метра.

• Берём шарики за нитки правой и левой рукой так, чтобы они висели на одном уровне на некотором расстоянии друг от друга.

• Не касаясь шариков руками, попробуйте соединить их.

Подсказка. Решение предельно простое, но не очевидное: подуйте между шариками сверху, снизу или сбоку – значения не имеет.

Объяснение. Из закона Бернулли следует, что давление в струе воздуха ниже, чем атмосферное. Сила атмосферного давления с боков сблизит шарики.

Шарик в струе

• Надуваем шарик, включаем фен, подводим под шарик струю воздуха и отпускаем шарик.

Наблюдение. Струя воздуха поднимет шарик вверх, но он не улетает, а зависает на некоторой высоте.

Объяснение. Шарик устойчиво держится в воздушной струе, т.к. давление воздуха в струе ниже атмосферного. При любом отклонении шарика в сторону атмосферное давление возвращает шарик в центр струи, где давление меньше.

Изучаем реактивное движение

Реактивное движение – движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части.

Реактивный шарик

Понадобятся воздушные шарики круглый и длинный, лента (шёлковая, бумажная или магнитная от видеокассеты), скотч.

• Надуваем круглый шарик и, не завязывая его, выпускаем из рук.

• Вновь надуваем круглый шарик, прикрепляем к нему хвост-стабилизатор из бумажной ленты и выпускаем шарик из рук. Сравниваем полёты шарика со стабилизатором и без стабилизатора

• Надуваем длинный шарик и выпускаем его.

• Вновь надуваем длинный шарик, слегка перекручиваем его (как будто выжимаем бельё) и выпускаем из рук. Сравниваем полёты шарика.

• Надуваем круглый шарик, прижимаем его перпендикулярно к стене и отпускаем.

• Вновь надуваем круглый шарик, прижимаем его боком к стене и отпускаем.

Наблюдение. Если круглый шарик выпустить из рук, он взметнётся и хаотично полетит, выбрасывая струю воздуха. Хвост-стабилизатор делает полёт шарика направленным.

Длинный шарик летит по прямой траектории. Перекрученный шарик при полёте вращается.

Круглый шарик, прижатый к стене перпендикулярно, остаётся на месте, не опускается и стремительно уменьшается в размерах. Шарик, прижатый к стене боком, разворачивается перпендикулярно к стене и быстро сдувается.

Электричество из головы

• Надуваем шарик и завязываем его.

• Электризуем шарик, потерев его о волосы.

• Приподнимаем шарик над головой.

Наблюдение. За шариком тянутся волосы, что хорошо чувствуется.

• Электризуем шарик ещё раз.

• Кладём шарик на письменный (деревянный) стол наэлектризованной стороной вверх.

Наблюдение. Шарик мгновенно перворачивается и ложится на стол заряженной стороной. При попытке вернуть его в прежнее положение он переворачивается снова.

• Электризуем шарик ещё раз.

• Прижимаем шарик наэлектризованной стороной к вертикальной стене или к потолку.

Наблюдение. Шарик прилипает к стене надолго – в сухую солнечную погоду он может провисеть час!

Объяснение. При натирании шарика о голову электроны переходят с волос на резиновую оболочку шарика. Шарик заряжается отрицательно, волосы – положительно. Разноименно заряженные тела притягиваются, поэтому волосы тянутся к шарику.

Заряженный шарик создает вокруг себя электрическое поле, которое воздействует на стол, стену, потолок, – наводит заряд противоположного знака. Мы наблюдаем электризацию через влияние. Разноимённо заряженные тела притягиваются, что мы и наблюдаем.

Примечание. Существенно, чтобы волосы были чистыми, без косметических средств (лака, геля). Опыты по электризации проводят в сухую погоду, т.к. влажный воздух хороший проводник, и заряд на шарике не будет накапливаться.

Соляные столбики

• Насыпаем на лист картона небольшую горку поваренной соли.

• Надуваем и электризуем воздушный шарик.

• Подносим наэлектризованный шарик к горке поваренной соли.

Наблюдение. Маленькие кристаллики соли выстраиваются в вертикальные столбики, тянутся «ниточками» к шарику.

Объяснение. Поваренная соль – полярный диэлектрик. Под действием электрического поля наэлектризованного шарика происходит смещение положительных и отрицательных связанных зарядов молекулы в противоположные стороны. Со стороны заряженного шарика в кристаллике соли всегда образуется противоположный по знаку заряд. Кристаллики соли притягиваются к шарику, пристраиваясь один к другому.

Примечание. Кристаллики сахарного песка внешне напоминают поваренную соль, но молекула сахара неполярная, поэтому слабее поляризуется. Кроме того, кристаллики сахара крупнее, более тяжёлые, что не позволяет получить хорошие столбики.

Попрыгунчики

• Насыпаем на лист картона блестящее конфетти или мелко нарезанную металлическую фольгу.

• Электризуем шарик и подносим к фольге, но не касаемся её.

Наблюдение. Блёстки ведут себя как живые кузнечики-попрыгунчики. Подскакивают, касаются шарика и тут же отлетают в сторону.

Объяснение. Металлические блёстки электризуются в поле шарика, но при этом остаются нейтральными. Блёстки притягиваются к шарику, подпрыгивают, при касании заряжаются и отскакивают как одноимённо заряженные.

Змея

• Кладём на стол бумажную полоску.

• Подносим к полоске наэлектризованный шарик.

Наблюдение. Полос ка под шариком выгибается и шевелится, словно змея.

• Повторяем опыт с ёлочным дождём, магнитной лентой, ниткой.

Наблюдение. Хотя полоски из разного материала, но их поведение в электрическом поле шарика одинаковое.

Кораблики

• Делаем бумажный кораблик и пускаем его на воду.

• Электризуем шарик и подносим к кораблику.

Наблюдение. Кораблик последует за шариком.

• Опускаем металлическую крышку на воду.

• Электризуем шарик и подносим к крышке, не касаясь её.

Наблюдение. Металлическая крышка плывёт в сторону шарика.

• Опускаем на воду пластмассовую крышку.

• Электризуем шарик и подносим к крышке, не касаясь её.

Наблюдение. Тяжёлая крышка плывёт за шариком.

Объяснение. В электрическом поле шарика бумага и пластмасса поляризуются и притягиваются к шарику. В металлической крышке также индуцируется заряд. Поскольку сила трения на воде незначительна, то кораблики легко приходят в движение.

Электрический компас

• Вставляем иголку в ластик, сверху кладём бумажную стрелку.

• Накрываем стрелку стеклянной банкой.

• Электризуем шарик и подносим к стрелке.

Наблюдение. Стрелка поворачивается за шариком.

Объяснение. Бумага в электрическом поле шарика поляризуется. Стекло не экранирует электрическое поле.

Изучаем звуковые явления

Волынка

Понадобятся воздушные шарики и гофрированные шланги длиной около метра разного диаметра (гофр не должен быть спиральным). Шланг можно купить на строительном рынке.

• Свёртываем гофрированный шланг в кольцо.

• Надеваем воздушный шарик на один его конец.

• Надуваем шарик через шланг.

Наблюдение. Шарик сдувается, и воздух, проходя по гофрированной трубе, порождает звук. Чем не волынка?! Шланги разного диаметра и длины издают разные по высоте звуки – чем меньше диаметр шланга, тем выше звук.

Барабан

• Надуваем шарики из толстой резины до разных размеров.

• Удары ладонью по шарикам сопровождаются звуками, причём каждый шарик издаёт свой звук.

Пищалка

• Надуваем шарик и растягиваем горловину двумя руками – воздух, выходящий через узкую щель, издаёт звук. Наловчившись, можно получать разные по высоте звуки.

Объяснение. Выходящий воздух заставляет вибрировать горловину шарика. Вибрации порождают звук. Опыт имитирует работу голосовых связок.

Звуковая линза

• Прижимаем шарик к уху – вы услышите звуки, которые раньше не были слышны.

• Прижимаем шарик к динамику радио, а к шарику – ухо. Слышен даже тихий зву к – шарик его усиливает. Если вас с другом будет разделять воздушный шарик, а друг будет что-то нашёптывать, то этот шёпот вы прекрасно услышите, стоит лишь прижать шарик к уху.

• Помещаем шарик между телефонной трубкой и ухом. Подбираем такое положение, чтобы телефонный гудок был самым громким.

Наблюдение. Если убрать шарик, гудки становятся тише.

 

Школьный этап всероссийской олимпиады школьников по физике

Учебный год

КЛАСС

Максимальный балл – 30

1. Запишите названия животных в порядке убывания скорости их движения.

Скорость выразить в м/с.

· Акула – 500 м/мин

· Бабочка – 8 км/ч

· Муха – 300 м/мин

· Гепард – 112 км/ч

· Черепаха – 6 м/мин