BelPhO 2015, Областен етап, 9,10,11 — Задача 11 клас. 11 класс — Параболическая физика

III этап — теоретический тур, 9–11 классы

Внимание: Бележка към темата

Получены все 18 страниц условий и 27 страниц соответствующего теоретического ключа. Сохранены семь целых заданий: по три для 9 и 10 классов и одна связанная «Параболическая физика» для 11 класса с семью разделами. Всего 54 печатные группы запросов, а не каталожные 48 частей. В оригинале 11 класса прямо сказано, что семь частей связаны общей идеей. Общие утверждение и инструкции напечатаны отдельно для каждого класса; утверждение для олимпиады 2015 года датировано ноябрем 2014 года. Время, баллы и отдельная шкала оценивания не напечатаны. Все семь ключей получены; бланк №1 терморезистора имеется на странице 13 условий и сохранен с механическим поворотом для чтения. Отдельный экспериментальный ключ относится к уже существующему экспериментальному туру и сюда не включен.

Буквальные научные несогласованности исходного ключа не исправлены: t2≈2,59τ рядом с формулой, дающей примерно 1,59τ; разные выражения координаты и пропущенные начальные смещения, непоследовательные штрихи относительных величин и повторные номера формул разгона; FD2−FD2 в равновесии цилиндра; семь чисел таблицы соединений дают 19, хотя напечатан итог 17, а строка трех параллельных резисторов содержит 3; l1+ использует критическую скорость; положительный последний знак силы упругости в А1.1 газа и отсутствие 5/3 в последней формуле переменной жесткости А2.3; обе мощности обозначены P1, пропущенный квадрат 20 и множители температуры в приближении терморезистора, повторные номера формул и подпись 80° при оценке на 90°; знаки потенциала (27)–(28) расходятся с (26), условием отрицательного заряда и рисунком. Сохранены повторная подпись «Рис.6», пропуск номера (33), номера 6.1/6.2 в части 7, буквальные грамматические ошибки и повтор «проанализировать возможность» условия. Промежуточные рассуждения, все четыре сноски и дополнительный традиционный метод вращающейся жидкости сохранены.

Оригинальная общая обложка

Республиканская физическая олимпиада 2015 год. (III этап). Теоретический тур.

Оригинальные утверждение и инструкции — 9 класс

УТВЕРЖДАЮ. Заместитель председателя оргкомитета заключительного этапа Республиканской олимпиады Заместитель Министра образования. __________________В.А. Будкевич. «» ноября 2014 г.

Республиканская физическая олимпиада 2015 год. (III этап). Теоретический тур.

  1. При оформлении работы каждую задачу начинайте с новой страницы. Первая половина тетради предназначена для чистовика, вторая — для черновика. При недостатке бумаги обращайтесь к оргкомитету!

  2. Подписывать тетради и отдельные страницы запрещается.

  3. В ходе работы можете использовать ручки, карандаши, чертежные принадлежности, калькулятор.

  4. Со всеми вопросами, связанными с условиями задач (но не с их решениями), обращайтесь к представителям Жюри.

Постарайтесь внимательно прочитать условия задач! Может вам покажется, что условия задач слишком длинные. Но мы сочинили их такими, чтобы Вам было легче решать. Поверьте, иногда решения короче таких условий! Не теряйте присутствия духа, смело беритесь за решение каждой задачи. Помните, оцениваются не только полные решения, но и их отдельные части и даже отдельные здравые мысли.

9 класс.

  1. Полный комплект состоит из трех заданий.
Оригинальные утверждение и инструкции — 10 класс

УТВЕРЖДАЮ. Заместитель председателя оргкомитета заключительного этапа Республиканской олимпиады Заместитель Министра образования. __________________В.А. Будкевич. «» ноября 2014 г.

Республиканская физическая олимпиада 2015 год. (III этап). Теоретический тур.

  1. При оформлении работы каждую задачу начинайте с новой страницы. Первая половина тетради предназначена для чистовика, вторая — для черновика. При недостатке бумаги обращайтесь к оргкомитету!

  2. Подписывать тетради и отдельные страницы запрещается.

  3. В ходе работы можете использовать ручки, карандаши, чертежные принадлежности, калькулятор.

  4. Со всеми вопросами, связанными с условиями задач (но не с их решениями), обращайтесь к представителям Жюри.

Постарайтесь внимательно прочитать условия задач! Может вам покажется, что условия задач слишком длинные. Но мы сочинили их такими, чтобы Вам было легче решать. Поверьте, иногда решения короче таких условий! Не теряйте присутствия духа, смело беритесь за решение каждой задачи. Помните, оцениваются не только полные решения, но и их отдельные части и даже отдельные здравые мысли.

10 класс.

  1. Полный комплект состоит из трех заданий.
Оригинальные утверждение и инструкции — 11 класс

УТВЕРЖДАЮ. Заместитель председателя оргкомитета заключительного этапа Республиканской олимпиады Заместитель Министра образования. __________________В.А. Будкевич. «» ноября 2014 г.

Республиканская физическая олимпиада 2015 год. (III этап). Теоретический тур.

  1. При оформлении работы каждую задачу начинайте с новой страницы. Первая половина тетради предназначена для чистовика, вторая — для черновика. При недостатке бумаги обращайтесь к оргкомитету!

  2. Подписывать тетради и отдельные страницы запрещается.

  3. В ходе работы можете использовать ручки, карандаши, чертежные принадлежности, калькулятор.

  4. Со всеми вопросами, связанными с условиями задач (но не с их решениями), обращайтесь к представителям Жюри.

Постарайтесь внимательно прочитать условия задач! Может вам покажется, что условия задач слишком длинные. Но мы сочинили их такими, чтобы Вам было легче решать. Поверьте, иногда решения короче таких условий! Не теряйте присутствия духа, смело беритесь за решение каждой задачи. Помните, оцениваются не только полные решения, но и их отдельные части и даже отдельные здравые мысли.

11 класс.

  1. Полный комплект состоит из семи частей, связанных общей идеей.

Условие

Часть 1. Математическое введение.

На уроках математики вы изучали квадратичную функцию

y=ax2+bx+c.(1)y=ax^2+bx+c.\qquad (1)

И, возможно, знаете, что ее графиком является парабола. Такая функция часто встречается и в физике. Иногда бывает полезно представить эту функцию в таком виде, чтобы ее параметры имели наглядный смысл.

1.1 Запишите уравнение параболы, симметричной относительно оси OyOy, пересекающей ось OxOx в точках x=±lx=\pm l, а ось OyOy в точке y=hy=h (рис.1).

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

1.2 Параболу можно также определить, как геометрическое место точек AA, таких, что расстояние от этих точек до прямой (называемой директрисой параболы) равно расстоянию до некоторой точки FF (называемой фокусом параболы) AB=AFAB=AF.

Запишите уравнение параболы, для которой директрисой является ось OxOx, а фокус лежит на оси OyOy в точке yF=ay_F=a (рис.2).

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

При решении задачи вам понадобится формула (выводить ее не надо) для объема кругового параболоида радиуса RR и высотой hh:

V=12πR2h.V=\frac12\pi R^2h.

Такая фигура получается при вращении параболы вокруг собственной оси (Рис.3).

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

Часть 2. Тело брошено под углом к горизонту… сопротивление воздуха не учитывать!

2.1 Камень бросили под углом α\alpha к горизонту с начальной скоростью v0v_0 с обрыва высотой hh над поверхностью воды. Совместим ось OxOx с поверхностью воды, а вертикальную ось OyOy проведем через точку бросания (Рис.4).

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

2.1.1 Запишите уравнение траектории полета камня y(x)y(x).

2.1.2 Найдите, на каком расстоянии SS от обрыва камень упадет в воду.

2.1.3 Под каким углом к горизонту следует бросать камень (при неизменном модуле начальной скорости v0v_0), чтобы он упал на максимально возможном расстоянии от обрыва? Чему равно это максимальное расстояние Smax⁡S_{\max}?

Часть 3. Парабола безопасности

3.1 Некий хулиган любит бросаться камнями. Пусть он бросает камни из начала координат под произвольными углами к горизонту, но с одной и той же начальной скоростью v0v_0. Покажите, что огибающая всех траекторий камней (граница области досягаемости) является параболой. Найдите уравнение этой параболы Y(x)Y(x) (которая также называется параболой безопасности — на рис.5 она изображена пунктиром).

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

Часть 4. Газовая парабола

В вертикальной трубке длиной 2l2l с отрытым верхним концом столбик ртути высотой ll запирает воздух, находящийся в нижней части пробирки при температуре t0=20 °Ct_0=20\,°\text{C}. Атмосферное давление равно P0=0,80lP_0=0{,}80l (в мм рт.ст.)

Чтобы вытеснить ртуть из трубки воздух в ней начинают медленно нагревать. Будем считать процесс нагревания квазистационарным, т.е. при любой высоте столбика воздуха xx система находится в равновесии.

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

4.1 Постройте графики зависимостей давления P(x)P(x) и температуры воздуха T(x)T(x) в пробирке от высоты столбика воздуха xx в процессе расширения газа. Выберите такие единицы измерения, чтобы ваши графики были точными, а не схематическими.

4.2 До какой минимальной температуры следует нагреть газ, чтобы он полностью вытеснил ртуть из трубки?

Часть 5. Электрическая парабола

5.1 Пластина толщиной 2h2h равномерно заряжена с объемной плотностью заряда ρ\rho. поперечные размеры пластины значительно больше ее толщины, так что граничными эффектами можно пренебречь.

Ось OxOx направлена перпендикулярна пластине, начало отсчета находится в центре пластины.

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

5.1.1 Найдите зависимость проекции вектора напряженности электрического поля ExE_x на ось OxOx от координаты xx в диапазоне x∈[−2h,+2h]x\in[-2h,+2h]. Постройте график полученной зависимости. Считайте заряд пластины отрицательным.

5.1.2 Найдите зависимость потенциала электростатического поля от координаты xx в диапазоне x∈[−2h,+2h]x\in[-2h,+2h], если потенциал в центре пластины принят равным нулю φ(0)=0\varphi(0)=0. Постройте график полученной зависимости.

Часть 6. Парабола в стакане

Высокий цилиндрический сосуд радиуса RR частично заполнен водой, высота уровня воды в покоящемся сосуде равна h0h_0. Сосуд начинают раскручивать вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью сосуда. При этом на поверхности воды образуется осесимметричная воронка.

Оригинальный научный рисунок: все оси, подписи, стрелки, размеры, кривые, пустые клетки, данные и исходные границы.

6.1 Найдите уравнение профиля этой воронки, т.е высоту уровня воды zz в точке, находящейся на расстоянии rr от оси вращения. Угловая скорость вращения равна ω\omega, при этом вода из сосуда не выливается, воронка не достает дна сосуда.

6.2 При какой угловой скорости вращения ω∗\omega^* воронка достигнет дна сосуда?

Часть 7. Оптическая парабола

Американский физик Д.Вуд предложил оригинальную отражательную оптическую систему (телескоп Вуда): сосуд со ртутью вращают с малой угловой скоростью ω=1,5 рад/с\omega=1{,}5\,\text{рад/с}. Поверхность ртути представляет собой зеркало, в котором формируется изображение звезд.

6.1 Докажите, что все (а не только идущие на малых расстояниях от оси) параллельные лучи, падающие на зеркало после отражения в нем пересекутся в одной точке. На каком расстоянии от вершины зеркала находится эта точка?

6.2 Две звезды находятся вблизи зените так, что угловое расстояние между ними для земного наблюдателя равно Δα=1,0°\Delta\alpha=1{,}0°. Найдите расстояние Δl\Delta l между их изображениями в телескопе Вуда при заданных параметрах системы.

Считайте ускорение свободного падения равным g=9,8 м/с2g=9{,}8\,\text{м/с}^2.

Решение


Оригинал в Архива: 3_etap_2015_theoretical_problems.pdf · официални решения: 3_etap_2015_theoretical_solutions.pdf