Итоговая аттестация по физике.

Задачи
9-й класс. Базовый курс

Предлагаемые задачи предназначены для проведения контроля знаний, умений и навыков (ЗУН) учащихся на итоговой аттестации по физике за курс основной школы. Расчетные, качественные и графические задачи из различных тем курса «Физика и астрономия» под ред. А.А.Пинского соответствуют требованиям программы, обязательному минимуму содержания образования для основной общеобразовательной школы и требованиям к уровню подготовки выпускников основной школы по физике.

Тематика задач соответствует содержанию экзаменационных билетов по физике для проведения устного экзамена за курс основной школы в 9-м классе, опубликованных в «Вестнике образования» № 1 за январь 2000 г., а также содержит задачи по некоторым другим темам.

Для осуществления дифференцированного подхода к выявлению ЗУН задачи систематизированы по уровню сложности: в каждой имеются три вопроса соответственно первого, второго и третьего уровней, вытекающие один из другого. Оценка за каждую задачу определяется достижением учащимся соответствующего уровня.

1. Расчет количества теплоты, которое требуется для плавления твердого тела при температуре плавления

Кусок льда массой 5 кг, взятый при температуре 0 °С, необходимо расплавить.

а) Какое количество теплоты потребуется для этого?
б) Какое количество теплоты необходимо затратить для превращения льда в воду, если начальная температура льда 10 °С?
в) Изобразите процесс графически, откладывая по оси абсцисс подводимое количество теплоты, а по оси ординат – температуру вещества. Какая физическая величина при плавлении вещества остается неизменной? Почему?

2. Расчет количества теплоты, которое требуется для нагревания жидкости до температуры кипения

В алюминиевом бачке массой 4 кг нагревают воду массой 20 кг от температуры 20 °С до температуры кипения.

а) Какое количество теплоты пошло на нагревание воды?
б) Какое количество теплоты потребуется для нагревания воды в алюминиевом бачке?
в) Постройте графики процессов для нагревания воды, алюминиевого бачка и воды в алюминиевом бачке на одних осях координат, откладывая по оси абсцисс подводимое количество теплоты, а по оси ординат – температуру вещества. Изменение какой физической величины для всех процессов было одинаковым?

3. Применение закона Ома для участка цепи

На графике представлена зависимость силы тока от напряжения.

а) Чему равно сопротивление проводника?
б) Чему равна сила тока в проводнике при напряжении 8 В?
в) Требуется увеличить в 4 раза силу тока в цепи при возросшем вдвое сопротивлении. Что нужно для этого сделать?

4. Расчет сопротивления проводника

Удельное сопротивление нихрома r = 1,1 Ом • мм²/м.

а) Определите сопротивление нихромового провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,2 мм².
б) Какой длины нужно взять такой провод, чтобы изготовить спираль для электрической плитки сопротивлением 88 Ом?
в) Как изменится сопротивление нихромового проводника полученной длины, если его разрезать посредине и половинки свить?

5. Расчет мощности и работы электрического тока

Электродвигатель троллейбуса питается током силой 200 А под напряжением 600 В.

а) Определите мощность двигателя.
б) Какую работу совершает двигатель за 5 ч? Ответ дайте в джоулях и киловатт- часах.
в) Какова сила тяги двигателя троллейбуса при движении со скоростью 54 км/ч, если его КПД равен 87,5%?

6. Расчет количества теплоты, выделяемой электрическим нагревателем

Электрический кипятильник сопротивлением 48 Ом включен в сеть напряжением 220 В.

а) Какое количество теплоты выделится за 10 мин?
б) Какое количество теплоты выделится в медных проводах длиной 3 м и площадью поперечного сечения 0,75 мм², подводящих ток к кипятильнику, за это время? Удельное сопротивление меди 1,7 • 10^–2 Ом • мм²/м.
в) Почему так различаются количества теплоты, выделяемые в спирали кипятильника и в подводящих проводах? С какими свойствами проводников это связано?

7. Расчет давления твердого тела

Трактор производит гусеницами давление ненамного больше, чем человек подошвами обуви.

а) Какое давление производит мальчик, масса которого 48 кг, а площадь подошв его обуви 320 см²?
б) Какое давление производит на грунт болотный трактор Т-130Б, имеющий массу 14 т? Длина каждой гусеницы 2,9 м, ширина 0,92 м.
в) Почему же трактор разрушает кирпич, попавший под гусеницу, а человек, вставший на кирпич, не в состоянии раздавить его?

8. Второй закон Ньютона для случая прямолинейного движения под действием одной силы

Космический корабль массой 1,5 • 10⁶ кг поднимается с Земли вертикально вверх. Сила тяги ракетных двигателей 2,94 • 10⁷ Н.

а) С каким ускорением поднимается корабль?
б) Определите скорость корабля через 2,5 мин движения.
в) Какое расстояние пройдет корабль за это время?

9. Расчет силы атмосферного давления на плоскость

Воздух давит на поверхность стола длиной 1,2 м и шириной 60 см.

а) Рассчитайте силу давления воздуха на стол, если атмосферное давление равно 101 300 Па.
б) Как велика площадь комнаты, в которой стоит стол, если общая сила давления, производимого атмосферным воздухом снизу на потолок, равна 1820 кН?
в) Можно ли вычислить вес всей атмосферы, умножив нормальное атмосферное давление на площадь поверхности Земли?

10. Применение формул механической работы и мощности для случая движения автомобиля с постоянной скоростью

Автомобиль движется с постоянной скоростью, развивая силу тяги 760 Н.

б) Какую работу он совершает на каждом километре пути?
б) Какую мощность развивает двигатель автомобиля при скорости 36 км/ч?
в) Какая масса бензина удельной теплотой сгорания 44 МДж/кг сгорает при таком движении автомобиля в течение часа? КПД двигателя автомобиля 22%.

11. Расчет давления внутри жидкости

Напор воды (разность уровней воды до и после плотины) Саяно-Шушенской ГЭС равен 194 м.

а) Какое давление испытывает плотина на такой глубине? Плотность воды 1 • 10³ кг/м³.
б) С какой силой давит вода на каждый квадратный метр основания плотины?
в) Постройте график зависимости давления от глубины. По графику определите давление на глубине 40 м.

12. Определение основных параметров гармонического колебательного движения по графику

По графику, приведенному на рисунке:

а) найдите амплитуду, период и частоту колебаний;
б) напишите уравнение гармонических колебаний x = x(t);
в) найдите смещение колеблющейся точки через 0,1 с после начала отсчета времени.

13. Применение закона сохранения импульса при неупругом взаимодействии тел

Допустим, что вы катитесь на велосипеде по инерции со скоростью 5 м/с. Ваша масса вместе с велосипедом равна 70 кг. Вы наклоняетесь и подхватываете лежащий на земле рюкзак массой 15 кг.

а) Какой станет ваша скорость?
б) Если вы подхватываете рюкзак в течение 0,1 с, какую среднюю силу развивает ваша рука?
в) Если теперь вы уроните рюкзак, который ударится о землю и останется на ней лежать, то какой будет ваша скорость?

14. Чтение и интерпретация графиков зависимости кинематических величин (перемещения и скорости) от времени

На рисунке изображен график зависимости проекции скорости некоторого тела от времени.

а) опишите характер движения этого тела в разные промежутки времени.
б) Найдите модуль и направление векторов ускорения, напишите уравнения зависимости проекции скорости от времени для этих промежутков времени.
в) Найдите модуль и направление перемещения тела для каждого промежутка времени.

Постройте примерный график зависимости проекции перемещения от времени.

15. Применение закона сохранения механической энергии

Тележка на «американских горках» начинает движение без начальной скорости в наивысшей точке на высоте 20 м над землей. Она резко опускается вниз до высоты 2 м.

а) Опишите превращение механической энергии при движении тележки.
б) Какова скорость тележки в желобе на высоте 2 м? Потерями энергии на трение пренебречь.
в) На «американских горках» имеется «мертвая петля» радиусом 10 м. С какой минимальной высоты h над дном петли должна двигаться тележка, чтобы удержаться на колее, если потерями энергии на трение можно пренебречь?

16. Расчет выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость

Плавающее тело вытесняет 120 см³ керосина.

а) Вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
б) Какой объем воды оно будет вытеснять?
в) Как изменится глубина погружения тела, если опыт провести на Марсе?

17. Расчет силы тяжести, действующей на тело

Масса самоходного аппарата-лунохода 840 кг.

а) Какая сила тяжести действовала на луноход, когда он находился на Земле?
б) Какая сила тяжести действовала на луноход на Луне?
в) В какой точке прямой, соединяющей центры Земли и Луны, силы притяжения, действовавшие со стороны обоих небесных тел, были одинаковыми, когда аппарат доставляли на естественный спутник нашей планеты? Среднее расстояние между центрами Земли и Луны равно 60 земным радиусам, а масса луны в 81 раз меньше массы Земли.

Ответы и решения

1. а) Q₁ = lm;        Q₁ = 16,5 • 10⁵ Дж.

б) Q₂ = сm(t₂ – t₁); Q₂ = 1,05 • 10⁵ Дж.

Q = Q₁ + Q₂;             Q = 17,55 • 105 Дж.

в) При плавлении вещества неизменной остается температура, т.к. подводимая энергия идет на разрушение кристаллов.

2. а) Q₁ = c₁m₁(t₂ – t₁);    Q₁ = 6,72 • 10⁶ Дж.

б) Q₂ = c₂m₂(t₂ – t₁);            Q₂ = 2,816 • 10⁵ Дж.

 Q = Q₁ + Q₂; Q  = 7,002 • 10⁶ Дж » 7 МДж.

в) Для всех процессов одинаковым оказалось изменение температуры.

3.           б) I = 4 A.

Нужно увеличить в восемь раз напряжение в сети.

4.  

Сопротивление уменьшится в четыре раза.

5. а) P = UI; P = 120 кВт. б) A = Pt; A = 2,16 ГДж = 600 кВт • ч.

6.   (пренебрегаем сопротивлением подводящих проводов).

в) Спираль кипятильника и подводящие провода соединены последовательно. Сила тока в них одинакова, но различны сопротивления. Ничтожное нагревание подводящих проводов регламентировано мерами пожарной и электробезопасности. Для этого берут проводники, имеющие малые удельные сопротивления (например медь) и значительную площадь поперечного сечения. Спираль кипятильника имеет значительное сопротивление, что вызвано подбором материала с большим удельным сопротивлением и малой площадью сечения спирали.

7.

б) S = 2ab; p = 26,13 кПа.

в) [Площадь поверхности кирпича одна и та же, но вес трактора значительно больше веса человека, соответственно больше и давление. –Ред.]

8.        б) v = v₀ + at;  v₀ = 0; v = 2,94 • 10³ м/с.

9.

в) Это можно было бы сделать, если бы поверхность Земли была плоской. На самом деле вес сферического слоя воздуха, окружающего Землю, больше силы его давления на поверхность Земли.

10. а) A = Fs; A = 7,6 • 10⁵ Дж.

11. а) p = rhg; p = 1,9 Мпа.

б) F = pS; F = 1,9 МН.

в)

p = 400 кПа.

12.

б) x = x_m cos wt = x_m cos 2pnt;   x = 0,2 cos 2,5pt.

13. 

[Здесь v₂ = 0, а  = v ' » 4,12 м/с. – Ред.]

в) Скорость не изменится при падении рюкзака, т.к. при этом не возникают силы, действующие на велосипед в горизонтальном направлении.

14. а) Тело начинает равноускоренное движение из состояния покоя и за 5 с достигает скорости 10 м/с. Затем в течение 5 с оно движется равномерно со скоростью 10 м/с. Последующие 10 с тело равнозамедленно останавливается.

(направление ускорения тела на этом участке совпадает с направлением скорости); уравнение проекции скорости: v_1х = 2t.

a_2х = 0; v_2х = 10 м/с; уравнение проекции скорости: v_2х(t) = 10.

a_3х = –1 м/с² (направление ускорения тела в промежуток времени 10–20 с противоположно направлению скорости); уравнение проекции скорости: v_3х = 10 – t.

s_2х = v_2xt₂; s_2х = 50 м.

15.  а) В наивысшей точке кинетическая энергия тележки равна нулю, т.к. она начинает движение без начальной скорости. Потенциальная энергия максимальна. При движении кинетическая энергия тележки возрастает и достигает максимального значения на высоте 2 м, а потенциальная энергия тележки убывает до минимального значения.

h = 2,5R.

16. а) F_к = r_кV_кg; F_к = 0,94 Н.

б) F_т = F_A – условие плавания тела.

F_в = F_к; F_в = r_в V_вg.

V_в = 0,96 • 10^–4 м³ = 9,6 • 10^–5 м³.

в) Глубина погружения, а следовательно, и объемы вытесненных жидкостей на Марсе будут такими же, что и на Земле. Сила тяжести, действующая на тело, на Марсе примерно в 2,5 раза меньше, чем на Земле, но во столько же раз меньше и выталкивающая сила.

17. а) F_тЗ = mg₃; F_тЗ = 8,24 кН.        б) F_тЛ = mg_Л; F_тЛ = 1,36 кН.

Силы притяжения, действовавшие на луноход со стороны Земли и Луны, были одинаковыми, когда аппарат находился на расстоянии 54 земных радиуса от центра Земли и 6 земных радиусов от центра Луны.