Часть 3. Решения заданий С1–С6 части 3 (с развернутым ответом) оцениваются экспертной комиссией
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
С РАЗВЕРНУТЫМ ОТВЕТОМ
Решения заданий С1–С6 части 3 (с развернутым ответом) оцениваются экспертной комиссией. На основе критериев, представленных в приведенных ниже таблицах, за выполнение каждого задания в зависимости от полноты и правильности данного учащимся ответа выставляется от 0 до 3 баллов.
| С1 |
На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резисторов и измерительных приборов. Укажите, как изменятся показания вольтметра при замыкании ключа. Используя законы постоянного тока, проанализируйте эту схему и обоснуйте свой ответ.
| Образец возможного ответа (рисунок не обязателен) | |
1. При замыкании ключа показания вольтметра уменьшатся.
2. При разомкнутом ключе, согласно закону Ома для участка цепи, напряжение на внешнем участке цепи  , где I – сила тока в цепи, а  – общее сопротивление внешнего участка электрической цепи. Согласно закону Ома для полной цепи: 
Отсюда  и, следовательно, 
3. При замыкании ключа резистор R1 оказывается накоротко замкнутым. В результате сопротивление этого участка становится равным нулю. Следовательно, общее сопротивление цепи уменьшается.
4. Соответственно, согласно закону Ома для полной цепи, сила тока в цепи возрастает, а значит, возрастет значение произведения Ir в формуле . Таким образом, поскольку значение ЭДС постоянно, при замыкании ключа напряжение на внешнем участке цепи уменьшится, а значит, уменьшатся показания вольтметра.
| |
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы |
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае – п.1), и полное верное объяснение (в данном случае – п.2-4) с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае – закон Ома для участка цепи и полной цепи, равенство нулю сопротивления участка цепи при замыкании ключа). | |
| Дан верный ответ и приведено обоснование, но имеется один из следующих недостатков: – в объяснении содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи, хотя указаны все необходимые физические явления и законы; ИЛИ – рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в полном объеме или в них содержатся логические недочеты; ИЛИ – указаны не все физические явления и законы, необходимые для полного правильного ответа. | |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: – приведены рассуждения с указанием на физические явления и законы, но дан неверный или неполный ответ; ИЛИ – приведены рассуждения с указанием на физические явления и законы, но ответ не дан; ИЛИ – представлен только правильный ответ без обоснований. | |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. 0 |
| С2 |
Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены противоположно и равны vпл = 15 м/с и vбр = 5 м/с. Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом m = 0,17. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится в 2 раза?
| Образец возможного решения (рисунок не обязателен) | |
Пусть m – масса куска пластилина, M – масса бруска, u0 – начальная скорость бруска с пластилином после взаимодействия.
Согласно закону сохранения импульса: Mvбр – mvпл = (M + m)u0.
Так как M = 4m и vбр =  vпл, то 4m vпл – mvпл = 5mu0,
4mvпл – 3mvпл = 15mu0 и u0 =  vпл.
По условию конечная скорость бруска с пластилином u = 0,5 u0.
По закону сохранения и изменения механической энергии:
 =  + m(M + m)gS, и получаем:
 =  + 5mmgS,  ×vпл2 –  ×vпл2 = mgS и
S =  ×  =  » 0,22 (м).
Ответ: S = 0,22 м.
| |
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы |
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении — закон сохранения импульса, закон сохранения, механической энергии, связь работы с изменением энергии); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение "по частям" (с промежуточными вычислениями). | |
| Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка. ИЛИ — Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены. ИЛИ — Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде. ИЛИ — Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. | |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ — В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ — В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. |
| С3 |
10 моль одноатомного идеального газа сначала охладили, уменьшив давление в 3 раза, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2 - 3?
| Образец возможного решения | |
Первый закон термодинамики в процессе 2-3: 
 и, в частности, 
Процесс 2-3 — изобарный.
Работа газа  при  можно записать в виде:  . С учётом уравнения Менделеева-Клапейрона можем записать:  .
Следовательно, формула расчета количества теплоты:  .
По условию задачи  , следовательно, 
Для состояний 1 и 2 можно записать:  . Учитывая условие  , можем записать:  и, соответственно, 
Таким образом, 
| |
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы |
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – I Начало Термодинамики, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула для расчёта внутренней энергии идеального газа, формула расчёта работы идеального газа); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ; при этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями). | |
| Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: – в необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка; ИЛИ – необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены; ИЛИ – не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде; ИЛИ – решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. | |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: – представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа; ИЛИ – в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи; ИЛИ – в ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. |
| С4 |
Электрон влетает в плоский конденсатор со скоростью u0 (u0 << с), параллельно пластинам (см. рисунок), расстояние между которыми d. На какой угол отклонится при вылете из конденсатора вектор скорости электрона от первоначального направления, если конденсатор заряжен до разности потенциалов Dj? Длина пластин L (L >> d).
| Образец возможного решения (рисунок не обязателен) | ||
1) Зависимость координат электрона от времени с учетом начальных условий:
 .
2) Уравнения для проекций скорости
 ;  .
|
| |
3) В момент вылета из конденсатора  , поэтому t =  .
По второму закону Ньютона  , так как F = eE.
Отсюда:  .
| ||
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы | |
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – уравнения кинематики, второй закон Ньютона, связь напряженности поля с разностью потенциалов); 2) проведены необходимые математические преобразования, приводящие к правильному ответу, и представлен ответ. | ||
| Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях допущена ошибка. ИЛИ — Необходимые математические преобразования логически верны, не содержат ошибок, но не закончены. ИЛИ — Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный ответ в общем виде. ИЛИ — Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до ответа. | ||
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ — В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ — В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | ||
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | ||
| С5 |
Горизонтальный проводящий стержень прямоугольного сечения поступательно движется с ускорением вверх по гладкой наклонной плоскости в вертикальном однородном магнитном поле (см. рисунок). По стержню протекает ток I= 4А. Угол наклона плоскости α = 30°. Отношение массы стержня к его длине 
= 0,1 кг/м. Модуль индукции магнитного поля В = 0,2 Тл. Определите ускорение, с которым движется стержень.
| Образец возможного решения | ||
| 1) На рисунке показаны силы, действующие на стержень с током: – сила тяжести mg, направленная вертикально вниз; – сила реакции опоры N, направленная перпендикулярно к наклонной плоскости; | 
| |
| – сила Ампера FA, направленная горизонтально вправо, что вытекает из условия задачи. 2) Модуль силы Ампера FA = IBL, (1) где L – длина стержня. 3) Систему отсчета, связанную с наклонной плоскостью, считаем инерциальной. Для решения задачи достаточно записать второй закон Ньютона в проекциях на ось x (см. рисунок): max = – mgsinα + IBLcosα, (2) где m – масса стержня. Отсюда находим ax= - gsinα.+ IBLcosα/m (3) Ответ: a ≈ 1,9 м /с2 . | ||
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы | |
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении — выражение для силы Ампера и второй закон Ньютона); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение "по частям" (с промежуточными вычислениями). | ||
| Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка. ИЛИ — Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены. ИЛИ — Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде. ИЛИ — Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. | ||
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ — В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ — В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | ||
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | ||
| С6 |
Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки (катода) сосуда, из которого откачан воздух. Электрон разгоняется однородным электрическим полем напряженностью Е = 5·104 В/м. Какой путь пролетел в этом электрическом поле электрон, если он приобрел скорость 
= 3·106 м/с. Релятивистские эффекты не учитывать.
| Образец возможного решения | |
Начальная скорость вылетевшего электрона  . Формула, связывающая изменение кинетической энергии частицы с работой силы со стороны электрического поля: 
Работа силы связана с напряженностью поля и пройденным путем:
Отсюда 2 =  , S=m 2/2eE
Ответ: S ≈ 5·10–4 м
| |
| Критерии оценки выполнения задания | Баллы |
| Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: 1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении — уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, формулы для изменения кинетической энергии частицы и для работы силы электрического поля); 2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. При этом допускается решение "по частям" (с промежуточными вычислениями). | |
| Представленное решение содержит п.1 полного решения, но и имеет один из следующих недостатков: — В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка. ИЛИ — Необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены. ИЛИ — Не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде. ИЛИ — Решение содержит ошибку в необходимых математических преобразованиях и не доведено до числового ответа. | |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ — В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ — В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. |