Логические задачи по физике

1. Задачи, в которых предлагается привести примеры проявления изучаемых свойств тел или явлений и их применения. (“Где это наблюдается?” или “Где это применяется? “) 2. Задачи, в которых предлагается из перечисленных признаков предметов или явлений выделить признаки, присущие только предметам или явлениям данного вида или рода. 3. Задачи, в которых требуется указать общие черты и существенные различия свойств тел, предметов или явлений. (“Что общего между ними?”, “Каковы их существенные отличия?”) 4. Задачи, в которых требуется объяснить явления, указать причины его возникновения и, значит, тем самым раскрыть его связи с другими явлениями. (“Что это такое?”, “Почему это происходит?”, “При каких условиях это наблюдается?”) 5. Задачи, в которых требуется объяснить, научно обосновать сущность применяемых на практике приемов и способов. (“Для чего это делается?”, “На чем основан этот способ?”) 6. Задачи, в которых требуется предсказать явление на основе знания закономерностей его протекания и связей с другими явлениями. (“Что произойдет, если...?”) 7. Задачи, в которых требуется указать условия необходимые для получения того или иного эффекта, явления (“Что необходимо для того, чтобы...?”) 8. Задачи, в которых требуется систематизировать (классифицировать) предметы или явления по определенному признаку. “По содержанию условий и требований можно выделить три типа логических задач: на узнавание в конкретном явлении физического явления, объяснение явления и свойств тел, предсказание следствия происходящего явления. Решение задач на узнавание в конкретно описанной ситуации физического явления представляет процесс установления отношений между родом и видом” Поиск обоснованного ответа на вопрос логической задачи упрощается, если учащиеся используют обобщенные планы ответа, о различных физических понятиях, описанных в задачи. Задание 1.  Около   небольшой   металлической   пластины,   укрепленной   на   изолирующей подставке, подвесили на длинной шелковой нити легкую металлическую незаряженную гильзу. Когда   пластину   подсоединили   к   клемме   высоковольтного   выпрямителя,   подав   на   нее положительный заряд, гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано. Образец возможного решения 1)   Гильза  притянется  к  пластине,  коснётся  её,  а  потом  отскочит  и  зависнет   в  отклонённом состоянии. 2) Под действием электрического поля пластины изменится распределение электронов в гильзе и произойдет ее электризация: та  ее  сторона, которая ближе к пластине (левая), будет  иметь отрицательный заряд, а противоположная сторона (правая) — положительный. Поскольку сила взаимодействия   заряженных  тел   уменьшается  с ростом  расстояния между  ними, притяжение  к пластине левой стороны гильзы будет больше отталкивания правой стороны гильзы. Гильза будет притягиваться к пластине и двигаться, пока не коснется ее. 3)   В   момент   касания   часть   электронов   перейдет   с   гильзы   на   положительно   заряженную пластину,   гильза   приобретет   положительный   заряд   и   оттолкнется   от   теперь   уже   одноименно заряженной пластины. 4) Под действием силы отталкивания гильза отклонится вправо и зависнет в положении, когда равнодействующая силы электростатического отталкивания, силы тяжести и силы натяжения нити станет равна нулю. Критерии оценки выполнения задания Балл ы Приведено   полное   правильное   решение,   включающее   правильный   ответ   (в   данном случае – описание движения гильзы, п.1 ), и полное верное объяснение (в данном случае – п.2–4 ) с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае – электризация во внешнем поле и при контакте с заряженным телом, взаимодействие заряженных тел ). Приведено решение и дан верный ответ, 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. —   Указаны   не   все   физические   явления   и   законы,   необходимые   для   полного правильного решения. ИЛИ Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев: — Приведены  рассуждения с указанием на  физические  явления и законы, но дан неверный или неполный ответ. 3 2 1 ИЛИ — Приведены рассуждения с указанием на физические явления и законы, но ответ не дан. — Представлен только правильный ответ без обоснований. ИЛИ Все   случаи   решения,   которые   не   соответствуют   вышеуказанным   критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. Задание 2  На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра.  Составьте   принципиальную   электрическую   схему   этой   цепи,   и,   используя   законы постоянного тока, объясните, как изменятся (увеличится или уменьшится) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее правое положение.  Образец возможного решения (рисунок обязателен) 1.   Показания   амперметра   увеличатся,   а вольтметра — уменьшатся. 2.   Эквивалентная   электрическая   схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батареи, изображена на рисунке, где I – сила тока в цепи. Ток через вольтметр практически  не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо мало. 3.   Сила   тока   в   цепи   определяется   законом   Ома   для   замкнутой   (полной)   цепи: . В соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение, измеряемое вольтметром:   .   При   перемещении   движка   реостата   вправо   его сопротивление уменьшается, что приводит к уменьшению полного сопротивления цепи. Сила тока в цепи при этом растет, а напряжение на батарее уменьшается. Критерии оценки выполнения задания Баллы 3 2 Приведено   полное   правильное   решение, включающее   правильный   ответ   (в   данном случае   –  изменения   показания   приборов,   п. 1 ), схему электрической цепи – п.2 ) и полное верное объяснение (в данном случае – п. 3 ) с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае – закон Ома для участка цепи и для замкнутой цепи ). Приведено   решение,   верная   схема электрической   цепи   и   дан   верный   ответ,   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   необходимые   для   полного законы, правильного решения. ИЛИ —   Приведено   решение,   и   дан   верный   но   не   представлена   схема ответ, электрической цепи. ИЛИ 1 —  Представлен   только  правильный  ответ без   обоснований   и   верная   схема электрической цепи. 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. ИЛИ —   Представлена   только   верная   схема электрической цепи. Все   случаи   решения,   которые   не соответствуют   вышеуказанным   критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. Задание 3 На рисунке приведён участок электрической цепи, по которому течёт ток. В каком из проводников сила тока наименьшая? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 Решение. Обозначим силы тока и напряжения во всех участках цепи как: I1, U1; I2, U2; I3, U3; I4, U4 соответ- ственно. Найдем силы тока во всех участках цепи. Участок 1 соединен последовательно с участками 2 и 3 (соединенными между собой параллель- но) и далее последовательно с участком 4. Следовательно верны следующие соотношения: ; Таким образом, наименьшая сила тока будет в участке 2 или в участке 3. По закону Ома: . , следовательно Правильный ответ указан под номером 3. , а . Таким образом, так как R2 < R3, то I3 < I2. Задание 4 На рисунке приведена шкала электромагнитных волн. Определите, к какому виду излучения от- носятся области 1, 2 и 3. 1) 1 — рентгеновское излучение; 2 — гамма-излучение; 3 — радиоизлучение 2) 1 — радиоизлучение; 2 — гамма-излучение; 3 — рентгеновское излучение 3) 1 — гамма-излучение; 2 — рентгеновское излучение; 3 — радиоизлучение 4) 1 — радиоизлучение; 2 — рентгеновское излучение; 3 — гамма-излучение Решение. Поскольку частоты излучения в области 1 меньше частот, соответствующих инфракрасному из- лучению, то область 1 относится к радиоизлучению. Частоты излучения области 2 соответству- ет рентгеновскому излучению, а частоты излучения области 3 больше, чем соответствующие рентгеновскому излучению, следовательно излучение области 3 относится к области гамма-из- лучения. Правильный ответ указан под номером 4. Задание 5 На рисунке даны графики зависимости смещения от времени при колебаниях двух маятников. Сравните амплитуды A1 и A2 колебаний маятников. 1) 2) 3) 4) Решение. Амплитудой колебания называется максимальное отклонение или, другими словами, смещение от положения равновесия. Таким образом, амплитуда первого маятника больше чем второго. Правильный ответ указан под номером 2 Задание 6 Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображённого на рис. 1. Пролетая сквозь закреплённое проволочное кольцо, стержень создаёт в нём электрический ток, сила которого изменяется со временем так, как показано на рис. 2. I S N Рис . 1 Рис. O 2 t1 t2 t Почему в моменты времени t1 и t2 ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь. 1. Индукционный ток в кольце вызван ЭДС индукции, возникающей при пересечении проводником линий магнитного поля. Возможное решение По закону индукции Фарадея     t ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, т.е. количеству линий, пересекаемых кольцом в секунду. Она тем выше, чем больше скорость движения магнита. Сила тока I, в соответствии с законом Ома для замкнутой цепи, пропорциональна ЭДС индукции ε: . I   R 2. В момент времени t1 к кольцу приближается магнит, и магнитный поток увеличивается. В момент t2 магнит удаляется, и магнитный поток уменьшается. Следовательно, ток имеет различные направления. Примечание для экспертов. В начальный момент магнит находится далеко от кольца, поэтому линии поля r практически не пересекают проводник. По мере Â приближения к кольцу поле растёт, и его линии начинают пересекать проводник, вызывая ЭДС индукции. Скорость магнита также растёт с течением времени, поэтому ЭДС быстро возрастает по мере приближения северного полюса магнита к плоскости кольца, поскольку густота линий увеличивается, т.е. растёт магнитный поток Ф, что приводит к росту модуля ЭДС и модуля силы тока. Когда полюс магнита, пройдя через плоскость кольца, начинает удаляться от проводника, то количество пересекаемых линий уменьшается. Поэтому, несмотря на возрастание скорости, модуль ЭДС падает. В тот момент, когда через плоскость кольца проходит середина магнита, линии поля перпендикулярны плоскости. Проводник в этот момент «скользит» по линиям поля, не пересекая их. Поток вектора магнитной индукции в этот момент достигает максимального значения. При этом сила тока обращается в нуль. При дальнейшем движении магнита поток начинает уменьшаться, а линии оказываются вновь направлены под углом к плоскости кольца и пересекаются им при движении. Это приводит к возникновению ЭДС, направление которой изменяется на противоположное, поскольку количество линий, оказавшихся внутри контура, уменьшается, а значит, поток поля теперь не увеличивается, а уменьшается. Соответственно, возникает индукционный ток, направленный в противоположную сторону, увеличивающийся по мере приближения южного полюса к плоскости кольца. Поскольку скорость магнита теперь гораздо больше, чем при прохождении северного полюса, ЭДС значительно больше, а значит, и модуль силы тока оказывается больше, чем в начале движения. Пройдя максимум, поле магнита начинает уменьшаться по мере удаления южного полюса от плоскости кольца, что приводит к уменьшению силы тока до нуля тогда, когда магнит оказывается на большом расстоянии от кольца. Критерии оценки выполнения задания Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п. 2) и исчерпывающие верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае свободное падение магнита, явление электромагнитной индукции и его описание на основе закона индукции Фарадея, а также закон Ома для полной цепи) Баллы 3 Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, и дано правильное объяснение, но содержится один из следующих недостатков. В представленных записях содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи. ИЛИ Рассуждения, приводящие к ответу, представлены не в полном объеме, или в них содержатся логический недочет Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Указаны не все необходимые явления и физические законы, даже если дан правильный ответ на вопрос задания. ИЛИ Указаны все необходимые  явления  и физические законы, но в некоторых из них допущена ошибка, даже если дан правильный ответ на вопрос задания. Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к верному ответу, содержат ошибки Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла 2 1 0