Разбор заданий Второй Интернет-олимпиады СПб по физике для 7-9 классов

Для экспериментальных заданий “решений” как таковых не существует – эти задания необходимо выполнять, то есть проводить необходимые действия. Причём эти действия во многих случаях можно выполнить разными способами.

7 класс, олимпиада

Найдите цену деления мензурок (8 баллов)

Найдите цену малых и больших делений мензурок.
Занесите результаты в отчёт. Лупа позволяет растянуть выбранную область на весь экран. Нажатие мышью возвращает нормальный размер.

 

Задание предназначено для проверки навыков считывания показаний со шкал приборов. Оно было достаточно простым, и с ним в той или иной мере справилось около половины участников.

 

 

 

 

 

 

Тест 1 (10 баллов, 7 заданий) - в качестве примера приведём разбор двух из 12 заданий.

 

 

Решение: Плотность тела (0.6/0.5 кг/л = 1.2 г/см3) больше, чем у воды (1 г/см3).

Поэтому тело утонет и вытеснит 0.5 л жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение: Скорости складываются как векторные величины. Поэтому скорость ракеты относительно Земли будет равна сумме скорости самолета относительно Земли и ракеты относительно самолёта: 300 м/с + 400 м/с = 700 м/с.

 

           

 

 

 

 

 

 

Все остальные вопросы теста столь же просты. То, что почти половина участников набрала за тесты менее половины максимального балла, говорит о слабом усвоении материала. А ведь в олимпиаде принимали участие наиболее активные и заинтересованные учащиеся. По-видимому, в 7 классе изучение физики ещё не дало системного результата – не выработало у учащихся физического способа мышления и навыков решения физических задач.

Измерьте объёмы жидкостей (16 баллов)

Измерьте объем жидкости в каждом из четырёх стаканов. Занесите результаты в отчёт.

Жидкость можно переливать в стакан, стоящий в раковине, или выливать из стакана в пустую раковину.
Увеличительное стекло позволяет растянуть выбранную область на весь экран. Нажатие кнопки мыши возвращает нормальный размер.

 

Задание предназначено для проверки навыков считывания показаний со шкал приборов. Кроме того, в третьем и четвёртом стакане объём жидкости превышает объём мерного стакана. Поэтому учащимся требовалось сообразить, что надо измерять эти объёмы по частям. И аккуратно провести эксперимент. Естественно, баллы, начислявшиеся за правильное измерение их объёмов, были значительно больше, чем для первых двух стаканов.

В полном объёме с заданием справилось около 10% участников, и то многие – не с первой попытки. Хотя объём жидкости в первых двух стаканах смогли определить многие участники (больше половины).

 

Определите массу 3 неподписанных гирь (7 баллов)

     Определите массу гирь, помеченных знаком "?". При заполнении формы отчета учтите, что пары гирь нумеруются красными цифрами по месту их расположения на столе.

     Задание очень похоже на Задание 1 во второй тренировке. Но вес гирь “некруглый”, так что сложность по сравнению с тренировочным вариантом гораздо выше.

С заданием в той или иной мере справилось большинство участников, а в полном объёме – около трети участников.

 

 

 

 

 

Измерьте массу тел (12 баллов)

Определите массы предложенных тел:

1) Короны

2) Шара

3) Куба

4) Слитка

Занесите результаты в отчёт.

Номиналы самых маленьких гирь при необходимости определите экспериментально.

 

Измерение массы первых двух тел предназначено для проверки навыков взвешивания с помощью гирь и весов, и не представляло проблемы для большинства учащихся. Для измерения массы куба и слитка было необходимо предварительно определить номиналы маленьких неподписанных гирек. В полном объёме с этим заданием справилось около трети участников.

 

Тест 2 (13 баллов, 8 заданий)  - разберём только два задания

 

Решение: Расстояние от оси вращения до точки на конце лопасти во время движения остаётся постоянным, и высота расположения этой точки в системе отсчёта, связанной с вертолётом, остаётся неизменной. Поэтому траекторией движения точки в системе отсчёта, связанной с вертолётом, является окружность.

 

Решение: Обозначим силу, с которой действует большой поршень, как F1, площадь этого поршня как S1, площадь малого поршня как S. Тогда F1= 5 МН= 5 000 000 Н, и S1= 100 S. Давление P1, которое возникает в жидкости из-за действия большого поршня, можно найти по формуле P1= F1/ S1, из-за действия второго – по формуле P= F/S.

Поэтому P1=5 000 000 Н /(100 S)  = 50000 Н /S  . Но в силу закона Паскаля в жидкости везде наблюдается одинаковое давление, поэтому P1= P.

Благодаря чему  F/S = 50000 Н /S . То есть F = 50000 Н = 50 кН.

 

 

 

 

 

 

Данный тест был достаточно сложным для учащихся 7 класса. Всего 9 человек из 138 получили за него более половины максимального балла. При этом нельзя сказать, чтобы хорошие баллы за данный тест совпадали с общим успешным выступлением на олимпиаде. По-видимому, результаты тестирования в варианте, приближённом к ЕГЭ, отражают только уровень усвоения школьного материала, а не способности учащихся.

 

Измерьте вес тел (18 баллов)

Определите вес каждого из предложенных тел:

1) Короны

2) Шара

3) Куба

4) Слитка

Занесите результаты в отчёт.

Ускорение свободного падения считать равным 9.8 м/с2. Тела можно цеплять крючком динамометра.  Для закрепления динамометра в штативе поднесите динамометр к зажиму штатива и отпустите кнопку мыши. Для того чтобы снять динамометр со штатива, схватите его мышью и отпустите чуть в стороне.

 

Основная сложность заключалась во взвешивании куба и слитка – их вес выходил за предел измерения динамометра. Задание оказалось слишком сложным для учащихся 7 класса, в полном объёме его не выполнил никто. 

 

8 класс, олимпиада

Определите массу 4 неподписанных гирь (13 баллов)

 

 

Задание по взвешиванию с помощью гирь. Похоже на то, которое давалось на тренировке, но сложнее. Основная “изюминка” – взвешивание тяжёлых гирь (номера 3 и 4). Гири1 весят около 50 г, гири2 – около 100 г, гири3 – около 500 г, гири4 – около 1000 г.

В той или иной степени с этим заданием справилось подавляющее большинство участников, а в полном объёме – около половины участников.

 

Тест 1 (10 баллов, 7 заданий) Закон Архимеда, статика, термодинамика

 

 

Решение: Вес тела на воздухе равен 5 г/см3 * 4 л *g = 20000 г *g = 20 кг * 10 м/с2= 200 Н. Вес вытесненной жидкости равен 1 г/см3 * 4 л *g = 4000 г *g= 4 кг *10 м/с2= 40 Н. Поэтому вес тела в воде равен 200 Н - 40 Н =160 Н. Следовательно, тело давит на дно сосуда с силой 160 Н.

 

 

 

Решение: Любая система стремится к уменьшению своей потенциальной энергии. Слева показано состояние системы в состоянии равновесия (вариант 1). Значит, потенциальная энергия верёвки в таком состоянии меньше, чем для правой части рисунка (вариант 2).  А эта энергия зависит только от положения центра тяжести верёвки: чем он выше, тем больше потенциальная энергия. Значит, положение центра тяжести нерастяжимой верёвки при любой её деформации по сравнению с вариантом 1 может только повыситься!

           

Только треть участников смогла набрать более половины максимального балла за тест. Но с учётом того, что некоторые задания теста были достаточно сложными, это неплохой результат.

Как и в седьмом классе, оценка за тест мало соответствует успеху в олимпиаде. Конечно, у лидеров оценки за тест в целом весьма высоки, но имеются исключения из этого правила. Причём этих исключений много даже среди первой десятки из  452 участников. Аналогично, среди аутсайдеров олимпиады имеется несколько человек, набравших за тест достаточно высокие оценки (от 7 до 10 баллов!). При практически полной неспособности использовать имеющиеся достаточно хорошие знания на практике – в модельном варианте эксперимента на основе виртуальных лабораторий.

 

Измерьте объёмы тел (16 баллов)

Найдите объём каждого из предложенных тел:

1) Короны

2) Шара

3) Куба

4) Слитка

Занесите результаты в отчёт.

 

Краны включаются и выключаются щелчком по ручке. Лишнюю воду из мерного стакана можно выливать в раковину.

 

 

Измерение объёмов первых двух тел не представляет особой сложности. Измерять объёмы тел по рискам большого сосуда, конечно, нельзя из-за недостаточной точности получающихся результатов.

Основная сложность задания – измерить объёмы куба и слитка, так как они превышают объём мерного стакана.

Задача оказалась достаточно сложной, в полном объёме с ней справилось всего 9 человек из 452, причём большая часть из них – не с первой попытки.

 

Измерьте плотность жидкостей (16 баллов)

Измерьте плотности жидкостей. Полученный результат округлите до сотых, занесите в отчет и отправьте на сервер.

Переливать жидкости можно только в стакан, стоящий в раковине. При необходимости можно выливать жидкость из стакана в раковину.

Лупа позволяет растянуть выбранную область на весь экран. Нажатие мышью возвращает нормальный размер.

За правильный ответ для каждой жидкости при отсылке результатов на сервер начисляется по 4 балла. За повторные попытки снимается по одному баллу.

 

 

Задача на нахождение плотности – комбинация измерения объемов и масс. Требует умения выстраивать цепочки логических рассуждений и совершать соответствующие действия. Несмотря на кажущуюся простоту задача оказалась одной из самых сложных в олимпиаде для 8 класса, в полном объёме с ней справился всего один человек, и то со второй попытки. А хотя бы с одним заданием задачи справилось только 8 человек из 452.

 

Измерьте плотность тел (16 баллов)

Найдите плотность каждого из предложенных тел:
1) Короны
2) Шара
3) Куба
4) Слитка
Полученный результат округлите до сотых, занесите в отчет и отправьте на сервер.
Массу неподписанных гирь, если они понадобятся, определите экспериментально.

 

 

Задача на нахождение плотности. Требует умения выстраивать цепочки логических рассуждений и совершать соответствующие действия. Также оказалась одной из самых сложных в олимпиаде для 8 класса, в полном объёме с ней справился всего один человек. А хотя бы с одним заданием задачи справилось только 7 человек из 452.

 

 

Тест 2 (12 баллов, 9 заданий). Закон Архимеда, статика, термодинамика

 

 

Решение: Сила тяжести, действующая на куб, равна суммарному весу вытесненных жидкостей. Значит, масса куба равна суммарной массе вытесненных жидкостей. Объём каждой из этих жидкостей равен половине объёма куба, то есть по 0.5 л = 500 см3. Поэтому масса вытесненной воды равна 1 г/см3 * 500 см3 = 500 г = 0.5 кг. Аналогично, масса другой вытесненной жидкости  равна 0.8 г/см3 * 500 см3 = 400 г = 0.4 кг. Таким образом, масса куба равна 0.5 кг+0.4 кг = 0.9 кг

 

 

Решение: Обозначим силу, действующую на второе плечо, как F, а массу груза как M. Угловое ускорение системы определяется моментом силы, приложенной к рычагу и находящимся на нём телам. Поскольку груз поднимается с постоянной скоростью, угловое ускорение нулевое, и момент силы равен нулю. Значит, момент силы тяжести,  действующей на груз, равен момент силы F.  Обе силы, согласно рисунку, направлены перпендикулярно рычагу, и их моменты направлены в противоположные стороны. Поэтому M g L1 = F L2. В итоге получаем L2 = L1 Mg/F = 20 см *100*10/200 = 1 м.

 

8 и 9 класс, олимпиада

Измерьте мгновенную скорость тележки (8 баллов)

Тележка начинает движение по наклонному рельсу от точки с координатой х = 0 м. Определите мгновенную скорость тележки при прохождении ей точки с координатой х = 0.7 м.
Полученный результат округлите до сотых, занесите в отчет и отправьте на сервер. Оптические датчики срабатывают при пересечении светового луча датчика флажком тележки. Положение ворот с оптическими датчиками можно изменять при помощи мыши или задавая значения их координат х1 и х2 при помощи клавиатуры.  

Такое же, как одно из заданий в олимпиаде для 8 класса. В 8 классе правильно выполнили задание всего 12 участников из 158 пытавшихся его решить (отсылавших результаты на сервер), то есть примерно один из тринадцати. А всего участников 8 класса было 452. В 9 классе результаты оказались почти в два раза лучше: 55 участников из 406, то есть примерно один из семи.   

            Основную проблему при выполнении этого задания составляет непонимание большинством учащихся того, что такое мгновенная скорость, а также неумение находить нестандартные решения.

9 класс, олимпиада

Тест 1 (19 баллов, 12 заданий). Кинематика

Задание: Тело брошено под углом к горизонту с башни высотой h. Укажите правильные соотношения между модулями начальных скоростей Vox и Voy и соответствующими модулями скоростей Vx и Vy тела в точке A. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Решение: По горизонтали на тело не действует никакая сила, поэтому Vox=Vx. Проекция скорости тела по оси y во время полёта сначала будет уменьшаться от Voy в начальной точке до 0 в верхней точки траектории. Затем проекция скорости по оси y сменит направление, а модуль проекции (то есть Vy ) начнёт увеличиваться, вплоть до достижения первоначального значения  Voy на высоте, совпадающей с высотой башни. После чего Vy будет продолжать расти. Следовательно, при падении на землю Vy > Voy .

 

 

 

Измерьте вес тел (18 баллов)

То же, что в олимпиаде для 7 класса. В 7 классе ни один человек не смог выполнить все пункты задания, в 9 классе с ним справились более 80 учащихся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерьте скорость первой машины (8 баллов)

После нажатия кнопки "Пуск" Вы можете наблюдать движение двух автомобилей. При этом на экране отображаются два графика:
1. x(t) – график координаты красного автомобиля в системе отсчета, связанной с Землей – в левой части экрана,
2. x'(t) – график координаты красного автомобиля в системе отсчета, связанной с синим автомобилем – в правой части экрана.

Определите скорость синего автомобиля в системе отсчета, связанной с Землей. Полученный результат округлите до десятых, занесите в отчет и отправьте на сервер. Пример округления: 0,65 можно округлять до 0,6 или 0,7.

Для повышения точности определения координат, можно произвольное число раз увеличивать любую область графика. Для этого при помощи мыши нужно выделить интересующую вас область графика, то есть нажать на левую клавишу мыши и провести ей по диагонали (слева-направо-вниз). Для восстановления первоначального масштаба графика, следует при нажатой левой клавише провести в обратном направлении (справа-налево-вверх).

 

 

На первый взгляд в данном задании требуются только знания по теме “относительность движения”, а также умение находить скорость по графику движения. Но с ним справились только 82 участника из 531, причём больше половины из них – после многочисленных неправильных попыток. Сложность решения была связана с тем, что ответ требовалось найти с достаточно большой точностью. Поэтому участники олимпиады должны были для нахождения скорости каждой из машинок догадаться, какой участок графика необходимо выделить, чтобы найти скорость достаточно точно.

 

Задача Архимеда (30 баллов)

В некотором царстве, в некотором государстве вы являетесь придворным мудрецом. К вам пришёл царь и сказал, что дал ювелиру изготовить корону из драгоценного металла. Но, как ему кажется, ювелир подмешал в корону некоторое количество дешёвого металла.

 Итак, вам даны: слиток драгоценного металла золотистого цвета, слиток дешевого металла по цвету похожего на серебро и корона. Определите плотности этих тел и рассчитайте, сколько процентов (по массе) драгоценного металла содержится в короне.

Полученные результаты занесите в отчет и отправьте на сервер.

Массу округлять до единиц, плотность - до сотых, проценты - до десятых. Пример округления: 0,605 можно округлять до 0,60 или 0,61.

 

Сначала необходимо найти массы короны и слитков путём взвешивания на весах. Затем – определить их объёмы. В результате можно найти плотность короны и каждого из слитков. После чего учащийся должен вывести формулу, показывающую как зависит плотность короны от количества и плотности составляющих её металлов. С использованием этой формулы можно вычислить процентное содержание драгоценного металла.

 

Данная задача оказалась слишком сложной. В полном объёме её не решил никто. Более того, правильно определил плотности всех тел всего один участник из 531.