Olympic Vật lý

71

T. Petrova

Olympia
trong vật lý

Kỳ thi Olympic toàn Liên minh lần thứ XII dành cho học sinh được tổ chức năm nay nhằm kỷ niệm 60 năm thành lập Komsomol.

Giai đoạn cuối cùng của Olympic Vật lý diễn ra tại thủ đô Ashgabat của Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Turkmen. Những người tham gia có 138 học sinh: 39 học sinh lớp 8, 50 học sinh lớp 9 và 49 học sinh lớp 10. Tất cả đều là người chiến thắng trong các cuộc thi Olympic cấp quận, thành phố, khu vực và cộng hòa năm 1978 hoặc người chiến thắng trong cuộc thi Olympic toàn Liên minh trước đó.

Lễ khai mạc chặng cuối của Olympic diễn ra vào ngày 13 tháng 4 tại Cung điện thành phố Pinoye. Bộ trưởng Bộ Giáo dục Công Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Turkmen B. Palvanova đã gửi lời chào đen tối đến những người tham gia. O. Ovezgeldev, Chủ tịch Ban giám khảo Olympic, Phó Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học TSSR, Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học, chúc các em thành công rực rỡ trong kỳ đấu vật Olympic sắp tới và trong các nghiên cứu sâu hơn trong bất kỳ lĩnh vực nào - vật lý. Thay mặt các thành viên Komsomol của resurblik, Bí thư Ủy ban Trung ương Komsomol của TSSR Zh. Charyeva chúc những người tham gia thành công tại Thế vận hội. Đại diện Bộ Giáo dục Liên Xô M. Grabilenkov trong lời chào bày tỏ sự tin tưởng rằng công việc sáng tạo tại Olympic, sự cống hiến mà trẻ em chuẩn bị cho các cuộc thi này là không thể phủ nhận
chắc chắn sẽ giúp ích cho họ trong cuộc sống và công việc sau này.

Vòng đầu tiên của giai đoạn cuối cùng của Olympic - lý thuyết - diễn ra vào ngày 14 tháng 4. Những người tham gia được cung cấp bài toán như sau:

lớp 8

1. Con lắc là một thanh nhẹ có chiều dài l có tải trọng khối lượng M ở cuối (Hình 1). Một ống lót hình trụ nhẹ có bán kính trong R được gắn vào đầu kia và đặt trên một trục quay nằm ngang. Hệ số ma sát giữa ống lót và trục μ. Xác định góc lệch của thanh so với phương thẳng đứng ở trạng thái cân bằng.

2. Đồ thị (Hình 2) cho thấy sự phụ thuộc của dòng điện qua bóng đèn tự động vào điện áp trên nó. Bóng đèn được mắc nối tiếp với nguồn điện có hiệu điện thế U = 10 V có điện trở R = 4 Ôm. Xác định công suất của bóng đèn.

3. Đạn phát nổ tại một điểm nhất định trên quỹ đạo của nó thành hai mảnh. Trong Hình 3, được thực hiện theo một tỷ lệ nhất định, các vị trí bên ngoài và một trong các cói ở các khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp được đánh dấu bằng các dấu thập. Tìm vị trí của chiếc cói thứ hai tại các thời điểm tương ứng, nếu biết nó đang ở điểm B tại thời điểm chiếc cói thứ nhất ở điểm A. Mũi tên trên hình vẽ chỉ hướng của gia tốc rơi tự do. Hãy mô tả phương pháp xây dựng của bạn.

4. Một lỗ có diện tích S₂ được khoan ở đáy của một hình trụ có diện tích S₁ và một ống nhựa được lắp vào đó (Hình 4). Khối lượng của chảo có ống bằng M. Chảo đứng lộn ngược trên một tấm cao su phẳng. Cẩn thận đổ nước từ đầu ống. Bạn có thể đổ nước đến mức nào mà nước không chảy ra từ bên dưới?

lớp 9

1. Mạch nước phun có thể được coi là các hồ chứa lớn dưới lòng đất chứa đầy

72

Hình 5.
chứa đầy nước ngầm và được sưởi ấm bởi sức nóng của trái đất (Hình 5). Lối ra từ chúng đến bề mặt trái đất là qua một con kênh hẹp, trong thời kỳ “yên tĩnh” gần như chứa đầy nước. Giả sử rằng giai đoạn “hoạt động” xảy ra khi nước trong bể chứa ngầm sôi lên và trong quá trình phun trào, kênh chỉ chứa đầy hơi nước thoát ra ngoài, hãy ước tính lượng nước mà bể chứa mạch nước phun mất đi trong một lần phun trào. Độ sâu kênh $h = 90$ m; nhiệt dung riêng bay hơi của nước $L = 2,26 \cdot 10^6$ J/kg; nhiệt dung riêng của nước $c = 4,2 \cdot 10^3$ J/(kg K). Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất hơi nước bão hòa vào nhiệt độ được cho trên Hình 6.

2. Mô hình máy bay trực thăng, được chế tạo với kích thước bằng 1/10, bay trên không với công suất động cơ 30 W. Công suất động cơ tối thiểu của một chiếc trực thăng được làm từ cùng vật liệu với mô hình phải là bao nhiêu?

3. Trong mạch hiển thị trong Hình 7, e.m. Với. pin là $E = 100$ V, điện trở trong của nó là $r = 100$ Ohm, điện dung của tụ điện là $C = 200$ uF và điện trở của lò sưởi là $R = 10$ Ohm. Phím $K$ chuyển đổi giữa các liên hệ “$a$” và “$b$” $f = 10$ một lần mỗi giây. Khi kết nối nó với cực “$a$”, tụ điện có thời gian để sạc đầy và khi kết nối nó với cực “$b$” thì tụ điện đã được sạc đầy. Hiệu suất của mạch là bao nhiêu? Cao hơn bao nhiêu lần so với khi máy sưởi cắm trực tiếp vào ắc quy?

4. Hình 8 cho thấy biểu đồ điện áp trên khe hở phóng điện hồ quang so với dòng điện. Cái còn lại được nối nối tiếp với nguồn điện áp không đổi bằng một điện trở. Ở giá trị lớn nhất của điện trở thì hồ quang có thể cháy ở điện áp nguồn $U = 85$ V?

5. Bình giữ nhiệt có thể tích 1 lít được hút chân không đến áp suất $p = 10^{-5}$ atm (ở nhiệt độ phòng). Ước tính thời gian trà ở trong phích như vậy từ $90^\circ\text{C}$ đến $70^\circ\text{C}$. Diện tích bề mặt của bình là $S = 600$ cm$^2$. Nhiệt dung riêng của nước $c = 4,2 \cdot 10^3$ J/(kg K); hằng số khí phổ quát $R = 8,3$ J/(K mol). Không nên tính đến sự rò rỉ nhiệt qua phích cắm.

lớp 10

1. Xem bài toán 1 cho lớp 8.
2. Xem bài toán 5 cho lớp 9.
3. Khi dòng điện tăng, điện áp trên khe phóng hồ quang giảm, có xu hướng đạt đến một giá trị không đổi nhất định ở dòng điện cao. Cái còn lại bao gồm một điện trở nối tiếp với một số điện trở dằn. Đặc tính dòng điện-điện áp (nghĩa là sự phụ thuộc của điện áp vào dòng điện) đối với mạch điện như vậy được thể hiện trong Hình 9.1). Vẽ đặc tính dòng điện-điện áp của hồ quang khi không có điện trở dằn. 2) Sử dụng phiên bản thu được của điện áp điện trở ballost, tại đó hồ quang có thể cháy ở điện áp nguồn $U = 85$ V.

Hình 8.
Hình 9.
Hình 10.

73

4. Trong sơ đồ thể hiện ở Hình 10, e. d.s. pin $\varepsilon_0$ lớn hơn $\varepsilon_1$. Xác định điện tích chạy qua pin $\varepsilon_0$ khi phím $K$ được đóng, giả sử rằng điện trở trong của cả hai pin và điện trở của cuộn dây bằng 0. Diode $D$ được coi là lý tưởng (điện trở thuận của nó bằng 0, điện trở ngược của nó lớn vô cùng). Tụ điện $C$ không được sạc trước khi đóng chìa khóa.

5. Sử dụng một bức ảnh chụp áp phích quảng cáo (Hình 11), xác định: 1) Tiêu cự của vật thể camera. 2) Khi chụp ảnh, ống kính được đặt ở khoảng cách bao nhiêu? 3) Kích thước của cá, theo ngư dân. 4) Đường kính của vật thể, giả sử chi tiết kích thước của ảnh trong ảnh không vượt quá 0,2 mm. Hãy coi ống kính máy ảnh như một ống kính mỏng.

Vào lúc lời giải bài toán các tác phẩm kinh điển ở trường trung học có 4 giờ, còn các tác phẩm kinh điển thứ chín và thứ mười có 5 giờ.

Ngay sau khi những người tham gia Olympic hoàn thành công việc của mình, các thành viên ban giám khảo bắt đầu kiểm tra họ. Ban giám khảo bao gồm các nhà khoa học từ Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô, Chi nhánh Siberia của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, các giáo viên từ Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, Moscow, Novosibirsk và các trường đại học bang Turkmen.

Ngay cả trước khi kiểm tra tác phẩm, các thành viên ban giám khảo đã bày tỏ quan điểm của mình về độ khó so sánh bài toán của dạng lý thuyết. Kết quả kiểm toán cho thấy bồi thẩm đoàn đã học được sự trùng hợp với ý kiến ​​​​của chính những người tham gia. bài toán 1 hóa ra khó hơn đối với những người theo chủ nghĩa cổ điển thứ tám; Chỉ có 8 người tham gia giải được. Dễ nhất là bài toán 4. Đối với học sinh lớp chín, khó nhất là bài toán 2; 22 người tham gia đã giải đúng. Số câu đúng lời giải cao nhất là ở bài 4. Đối với học sinh lớp 10, câu khó nhất là bài toán 4; Chỉ có 10 người tham gia quản lý nó. Cách dễ nhất hóa ra là bài toán 3.

Bài toán thuộc loại lý thuyết được đưa vào Bài toán Kvant (Số 7, 8 cho năm nay), để mọi người có thể tự kiểm tra và kiểm tra sức mạnh của mình với các vận động viên Olympic. Chỉ bài toán 4 cho lớp 8 không được đưa vào Bài toán Kvant. Đây là cô ấy lời giải.

Nước sẽ không chảy ra ngoài cho đến khi chảo học cách nổi lên.

Hai lực tác dụng lên chảo: lực hấp dẫn $Mg$, hướng thẳng đứng xuống dưới và lực $\vec{F}$ áp suất lên chảo từ phía mặt nước, hướng thẳng đứng lên trên. Lực ép có giá trị tuyệt đối bằng

$$\left| \vec{F} \right| = p \left( S_1 - S_2 \right) = \rho \left| \vec{g} \right| h \left( S_1 - S_2 \right),$$

trong đó $p$ là áp suất nước ở mức đáy chảo, $h$ là chiều cao của mực nước trong ống.

Giá trị $h$ tại đó chảo bắt đầu nổi được xác định bởi điều kiện

$$\rho \left| \vec{g} \right| h \left( S_1 - S_2 \right) = M \left| \vec{g} \right|,$$

Ở đâu

$$h = \frac{M}{\rho \left( S_1 - S_2 \right)}.$$

Rõ ràng, bài toán sẽ có lời giải nếu $h \leq H$.

Vào ngày 16 tháng 4, một vòng thi Olympic thực nghiệm đã được tổ chức trong phòng thí nghiệm của Khoa Vật lý của Đại học Bang Turkmen. Mỗi người tham gia được tặng hai bài toán. Bot các điều kiện của những bài toán.

lớp 8

1. Xác định tỷ lệ mật độ bồi thẩm đoàn.

Thiết bị: thước đòn bẩy, hai quả nặng, hai bình đựng các chất lỏng khác nhau, một thanh có khớp nối và một chân.

2. Kiểm tra việc thực hiện thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng khi một quả bóng đang chuyển động va chạm với một phần đứng yên của khay đặt ở đường chân trời. Giải thích kết quả của bạn.

Thiết bị: một thanh có khớp nối và chân, một bộ gồm hai quả bóng nhựa và hai quả bóng thép có khối lượng cho trước, một khay hình vòng cung, các tờ giấy trắng và giấy than, thước đo.

lớp 9

1. Kiểm tra việc thực hiện thí nghiệm các định luật bảo toàn động lượng và

75

Những người đoạt giải Olympic Vật lý nhận Bằng Tốt nghiệp Hạng Nhất: A. Morozov, V. Ykovenko (ở hàng thứ hai), E. Ponomarev, M. Gavrilov, M. Svetlov, V. Biktashev, S. Miginsky, A. Lyapin, M. Sevryuk.

O. Kuningas, người đã nhận được Chứng chỉ cấp 1, vì đã thực hiện thử nghiệm bài toán.

Một thí nghiệm đang được tiến hành.

Trình bày các giải thưởng và sự công nhận.