20.03 Работа. Энергия. КПД. Законы сохранения
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Маленькая шайба движется по наклонному жёлобу, переходящему в окружность. Минимальная высота , с которой шайба начинает движение и не отрывается от жёлоба в верхней точке окружности радиуса , равна 0,5 м. Чему равен радиус окружности? Трением пренебречь.
Источники:
Для того, чтобы в верхней точки не было отрыва необходимо, чтобы в верхней точке (и только в ней) выполнялось условие , в таком случае тело сможет совершить полный оборот. Сила реакции опоры направлена перпендикулярно плоскости соприкосновения, т.е. по радиусу к центру окружности. Сила тяжести так же направлена вертикально вниз, поскольку тело движется по окружности, центростремительное ускорение направлено к центру окружности. Запишем второй закон Ньютона для точки в проекции на вертикальную ось, направленную вниз:
Откуда сила реакции опоры равна:
Здесь - центростремительное ускорение, а - скорость в точке . Запишем закон сохранения энергии для связи моментов, когда шайба находится на высоте и в точке . В процессе спуска потенциальная энергия переходит в кинетическую, начальная кинетическая энергия равна 0, поскольку тело движется из состояния покоя. Потенциальная энергия в исходном положении равна , а в точке полная энергия есть сумма кинетической и потенциальной энергии тела, при этом кинетическая энергия в точке равна , а потенциальная энергия равна , поскольку тело находится над поверхностью Земли на уровне . Запишем закон сохранения энергии (трением пренебрегаем):
Домножим на 2 и поделим на массу тела:
Откуда квадрат скорости равен:
Тогда центростремительное ускорение равно:
Подставим центростремительное ускорение в формулу для :
Поскольку нас интересует условие , то получаем:
Поскольку массы и радиус отличны от нуля, то от них можно избавиться. В результате получаем:
Тогда высота для выполнения условия должна удовлетворять условию:
Поскольку нам необходима минимальная высота, то получим:
Выразим отсюда радиус:
Считаем:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: закон сохранения энергии, формула центростремительного ускорения, сказано, условие прохождения полной окружности, формулы кинетической и потенциальной энергии, формула силы тяжести) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Маленькая шайба движется по наклонному жёлобу, переходящему в вертикальную окружность радиусом м. С какой минимальной высоты шайба должна начинать движение, чтобы в верхней точке окружности не оторваться от жёлоба? Трением пренебречь.
Банк ФИПИ
Источники:
Для того, чтобы в верхней точки не было отрыва необходимо, чтобы в верхней точке (и только в ней) выполнялось условие , в таком случае тело сможет совершить полный оборот. Сила реакции опоры направлена перпендикулярно плоскости соприкосновения, т.е. по радиусу к центру окружности. Сила тяжести так же направлена вертикально вниз, поскольку тело движется по окружности, центростремительное ускорение направлено к центру окружности. Запишем второй закон Ньютона для точки в проекции на вертикальную ось, направленную вниз:
Откуда сила реакции опоры равна:
Здесь - центростремительное ускорение, а - скорость в точке . Запишем закон сохранения энергии для связи моментов, когда шайба находится на высоте и в точке . В процессе спуска потенциальная энергия переходит в кинетическую, начальная кинетическая энергия равна 0, поскольку тело движется из состояния покоя. Потенциальная энергия в исходном положении равна , а в точке полная энергия есть сумма кинетической и потенциальной энергии тела, при этом кинетическая энергия в точке равна , а потенциальная энергия равна , поскольку тело находится над поверхностью Земли на уровне . Запишем закон сохранения энергии (трением пренебрегаем):
Домножим на 2 и поделим на массу тела:
Откуда квадрат скорости равен:
Тогда центростремительное ускорение равно:
Подставим центростремительное ускорение в формулу для :
Поскольку нас интересует условие , то получаем:
Поскольку массы и радиус отличны от нуля, то от них можно избавиться. В результате получаем:
Тогда высота для выполнения условия должна удовлетворять условию:
Поскольку нам необходима минимальная высота, то получим:
Считаем
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: второй закон Ньютона, формула центростремительного ускорения, формула кинетической и потенциальной энергии, закон сохранения энергии, сказано, в каком случае будет минимальная высота) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
С какой скоростью нужно бросить вертикально вниз с высоты м шарик, чтобы после удара он поднялся на высоту, в 3 раза большую, если в процессе удара теряется механической энергии шара? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Источники:
При падении вниз потенциальная энергия переходит в кинетическую, при этом полная энергия тела не изменяется и она равна:
Из-за удара теряется от энергии , а значит у тела останется энергия
При этом тело начинает подниматься вверх, а значит вся энергия перейдет в потенциальную и тело по условию задачи поднимется
на высоту в 3 раза больше первоначальной, то есть энергия тела будет равна .
Если начальная высота тела будет , то конечная высота тела будет равна , при этом исходная кинетическая
энергия равна , потенциальная энергия равна , конечная потенциальная энергия равна
Поскольку и , то подставим это все в равенство ,
получим:
Откуда скорость равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула потенциальной энергии, формула кинетической энергии, закон сохранения энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
С высоты 1,25 м вертикально вниз бросили шарик со скоростью 10 м/с. На какую высоту после удара он поднимется, если в процессе удара 40 % механической энергии шара теряется? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Источники:
При падении вниз потенциальная энергия переходит в кинетическую, при этом полная энергия тела не изменяется и она равна:
Из-за удара теряется от энергии , а значит у тела останется энергия
При этом тело начинает подниматься вверх, а значит вся энергия перейдет в потенциальную, то есть энергия тела будет равна
.
Если начальная высота тела будет , то конечная высота тела будет равна , при этом исходная кинетическая
энергия равна , потенциальная энергия равна , конечная потенциальная энергия равна
Поскольку и , то подставим это все в равенство ,
получим:
Откуда высота равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула потенциальной энергии, формула кинетической энергии, закон сохранения энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шары массами и движущиеся навстречу друг к другу со скоростью каждый относительно Земли, соударяются, после чего движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделится в результате соударения.
Источники:
Согласно закону сохранения импульса
Отсюда скорость шаров после удара:
Согласно закону сохранения энергии можно найти выделившееся количество теплоты как изменение кинетической энергии системы тел до и после взаимодействия:
Отсюда:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: закон сохранения импульса в вектрной форме, а после в проекции на выбранные координатные оси (возможна зпись сразу проекциях), закон сохранения энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
С какой высоты относительно поверхности земли нужно бросить шарик вертикально вниз со скоростью 20 м/с, чтобы после удара о землю он поднялся на высоту в три раза большую, если в процессе удара теряется 50% механической энергии шара? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Источники:
При падении вниз потенциальная энергия переходит в кинетическую, при этом полная энергия тела не изменяется и она равна:
Из-за удара теряется от энергии , а значит у тела останется энергия
При этом тело начинает подниматься вверх, а значит вся энергия перейдет в потенциальную и тело по условию задачи поднимется
на высоту в 3 раза больше первоначальной, то есть энергия тела будет равна .
Если начальная высота тела будет , то конечная высота тела будет равна , при этом исходная кинетическая
энергия равна , потенциальная энергия равна , конечная потенциальная энергия равна
Поскольку и , то подставим это все в равенство ,
получим:
Откуда высота равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула потенциальной энергии, формула кинетической энергии, закон сохранения энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шар массой 2 кг, движущийся со скоростью 4 м/с, догоняет шар массой 8 кг, движущийся со скоростью 2 м/с. После столкновения шары движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделится в результате соударения.
Источники:
Согласно закону сохранения импульса:
где - масса первого шара, - масса второго шара, - скорость первого шара, - скорость второго шара, - скорость шаров после столкновения.
откуда скорость после столкновения:
равная:
Согласно закону сохранения энергии:
Подставим численные значения:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии, формула теплоты, выделяющейся при ударе) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два свинцовых шара массами г и г движутся навстречу друг другу со скоростями м/с и м/с. Какую кинетическую энергию будет иметь первый шар после абсолютно неупругого соударения шаров?
Источники:
Процесс взаимодействия описывается законом сохранения импульса. Запишем его в проекции на горизонтальную ось:
Перед суммарным импульсом после взаимодействия стоит минус, поскольку тела после взаимодействия будут двигаться в ту сторону, куда двигалось тело с большим импульсом. Получаем:
Посчитаем скорость:
Тогда кинетическая энергия первого шара после соударения равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шар массой 2 кг, движущийся со скоростью 4 м/с, соударяется с шаром массой 3 кг, движущимся ему навстречу по той же прямой со скоростью 4 м/с. После удара шары движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделилось в результате соударения.
Источники:
Согласно закону сохранения импульса
Перед суммарным импульсом после взаимодействия стоит минус, поскольку тела после взаимодействия будут двигаться в ту сторону, куда двигалось тело с большим импульсом. Здесь м/с Получаем: Отсюда скорость шаров после удара:
Согласно закону сохранения энергии можно найти выделившееся количество теплоты как изменение кинетической энергии системы тел до и после взаимодействия:
Отсюда:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии, формула теплоты, выделяющейся при ударе) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шар массой 5 кг, движущийся с некоторой скоростью, соударяется с неподвижным шаром, после чего шары движутся вместе. Определите массу второго шара, если при ударе потеряно 50% кинетической энергии.
Источники:
Процесс соударения можно описать законом сохранения импульса, получим равенство (1):
Где - скорости первого и второго шара соответственно, - скорости шаров при совместном движении. По условию сказано, что кинетическая энергия уменьшается в 2 раза. Значит справедливо равенство (2):
Поделим (2) на (1):
Значит, масса второго шара равняется 5 кг
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шары массами 6 и 4 кг, движущиеся навстречу друг другу с одинаковыми по модулю скоростями, соударяются, после чего движутся вместе. В результате соударения выделилось 19,2 Дж энергии. Определите, с какой по модулю скоростью относительно Земли двигались шары до соударения.
Источники:
Согласно закону сохранения импульса
Отсюда скорость шаров после удара:
Согласно закону сохранения энергии можно найти выделившееся количество теплоты как изменение кинетической энергии системы тел до и после взаимодействия:
Отсюда:
Отсюда искомая скорость:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии, записана формула для расчета выделяющегося количества теплоты) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два свинцовых шара массами г и г движутся навстречу друг другу со скоростями м/с и м/с. Какую кинетическую энергию будут иметь шары после их абсолютно неупругого соударения?
Источники:
Процесс взаимодействия описывается законом сохранения импульса. Запишем его в проекции на горизонтальную ось:
Перед суммарным импульсом после взаимодействия стоит минус, поскольку тела после взаимодействия будут двигаться в ту сторону, куда двигалось тело с большим импульсом. Получаем:
Посчитаем скорость:
Тогда кинетическая энергия шаров после соударения равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шар массой 2 кг, движущийся со скоростью 4 м/с, догоняет шар массой 8 кг, движущийся по той же прямой со скоростью 2 м/с. После столкновения шары движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделилось в результате соударения.
Источники:
Согласно закону сохранения импульса
Здесь м/с, м/с, кг, кг. Получаем отсюда скорость шаров после удара:
Согласно закону сохранения энергии можно найти выделившееся количество теплоты как изменение кинетической энергии системы тел до и после взаимодействия:
Отсюда:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии, формула нахождения теплоты, которая выделяется при ударе) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Шар массой 4 кг, движущийся с некоторой скоростью, соударяется с неподвижным шаром такой же массы, после чего шары движутся вместе. Определите, во сколько раз изменилась кинетическая энергия системы шаров в результате соударения.
Источники:
Процесс соударения опишем через закон сохранения импульса:
Совместная скорость движения отсюда равна:
Кинетическая энергия системы до соударения:
Кинетическая энергия системы после соударения:
Найдем отношение энергий:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два свинцовых шара массами г и г движутся навстречу друг другу со скоростями м/с и м/с. Какую кинетическую энергию будет иметь второй шар после абсолютно неупругого соударения шаров?
Источники:
Процесс взаимодействия описывается законом сохранения импульса. Запишем его в проекции на горизонтальную ось:
Перед суммарным импульсом после взаимодействия стоит минус, поскольку тела после взаимодействия будут двигаться в ту сторону, куда двигалось тело с большим импульсом. Получаем:
Посчитаем скорость:
Тогда кинетическая энергия второго шара после соударения равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула импульса, закон сохранения импульса, формула кинетической энергии) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Троллейбус массой 11 т движется равномерно прямолинейно со скоростью 36 км/ч. Сила тока в обмотке электродвигателя равна 40 А, напряжение равно 550 В. Чему равен коэффициент трения? (Потерями энергии в электродвигателе и других механизмах троллейбуса пренебречь.)
Источники:
Троллейбус движется равномерно, значит сила тяги равняется силе трения.
Рассмотрим 2 Закон Ньютона в проекции на две оси:
Мощность тока в обмотке равняется мощности силы тяги, поскольку потерями энергии по условию задачи сказано пренебречь. Получим:
Приравняем мощности:
Откуда коэффициент трения равен:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Маленький свинцовый шарик объёмом равномерно падает в воде. Какое количество теплоты выделится при перемещении шарика на 3 м?
Источники:
На тело, кроме силы Архимеда и силы тяжести, действует также сила сопротивления.
Тогда работа будет равна силе сопротивления и расстоянию, которое прошло тело в жидкости.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула силы Архимеда, формула силы тяжести, второй закон Ньютона, формула работы силы, формула связи массы и объёма) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Маленький свинцовый шарик объёмом равномерно падает в воде. На какой глубине оказался шарик, если в процессе его движения выделилось количество теплоты, равное 12,42 мДж?
Источники:
Количество выделенной энергии Q при равномерном падении шарика в воде равно работе, совершенной силой сопротивления со стороны жидкости. Запишем второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось:
где m – масса шарика; - выталкивающая сила воды. Таким образом, количество выделенной энергии равно
Выталкивающая сила , где =1000 кг/м – плотность воды; V – объем шарика. Выразим массу шарика через его объем и плотность:
где кг/м - плотность шарика.
получим следующее выражение для количества энергии:
откуда пройденное расстояние равно:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: второй закон Ньютона, формула силы тяжести, формула силы Архимеда, формула работы силы, формула количества теплоты, формула массы тела) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Маленький свинцовый шарик объёмом равномерно падает в воде. Какое количество теплоты выделится при перемещении шарика на 6 м?
Источники:
Количество выделенной энергии Q при равномерном падении шарика в воде равно работе, совершенной силой сопротивления со стороны жидкости. Запишем второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось:
где m – масса шарика; - выталкивающая сила воды. Таким образом, количество выделенной энергии равно
Выталкивающая сила , где =1000 кг/м – плотность воды; V – объем шарика. Выразим массу шарика через его объем и плотность:
где кг/м - плотность шарика.
получим следующее выражение для количества энергии:
Считаем:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: второй закон Ньютона, формула силы тяжести, формула силы Архимеда, формула работы силы, формула количества теплоты, формула массы тела) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Какую по величине работу должна совершить сила трения для полной остановки тела массой 1000 кг, движущегося по горизонтальной поверхности со скоростью 10 м/с?
Источники:
Чтобы найти работу, которое совершает тело, мы можем воспользоваться формулой:
где - сила, совершающая работу, - расстояние, пройденное телом под действием силы, - угол между силой и
перемещением.
Применив второй закон Ньютона, получим: , где - масса тела, - ускорение тела.
Перемещение за время торможения можно найти из кинематики:
где - начальная скорость тела при торможении, - время торможения.
Запишем уравнение скорости при равнозамедленном движении:
где конечная скорость , так как тело полностью остановилось. Следовательно, , выразим время торможения:
Подставив выражение в формулу перемещения, получим:
Подставляя в формулу работы, получим:
В нашем случае , так как вектор перемещения и вектор илы направлены в противоположные стороны. Получаем:
Но в условии задачи нас просят найти именно величину работы, поэтому наш ответ:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Представлено полное правильное решение, включающее следующие | 3 |
элементы: | |
1) верно записано краткое условие задачи; | |
2) записаны уравнения и формулы, применение которых | |
необходимо и достаточно для решения задачи выбранным | |
спосбом (в данном решении: формула кинетической энергии, формула работы силы трения) | |
Правильно записаны необходимые формулы, проведены | 2 |
вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена | |
ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ | |
ИЛИ
| |
Представлено правильное решение только в общем виде, без каких- | |
либо числовых расчётов | |
ИЛИ
| |
Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо | |
и достаточно для решения задачи выбранным способом, но | |
в математических преобразованиях или вычислениях допущена | |
ошибка | |
Записано и использовано не менее половины исходных формул, | 1 |
необходимых для решения задачи | |
ИЛИ
| |
Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена | |
ошибка | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |