Окончание. См. № 19, 20, 21/07

М.Ю.ДЕМИДОВА <demidovaktv1@yandex.ru>,
В.А.ГРИБОВ, Г.Г.НИКИФОРОВ, ФПК ФИПИ, г. Москва

Модель ЕГЭ по физике-2009

Проект. Демонстрационный вариант экзаменационных заданий

ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ РАБОТА ПО ПРОВЕРКЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УМЕНИЙ ПО ФИЗИКЕ

Инструкция по выполнению работы

Для выполнения экзаменационной работы по проверке экспериментальных умений по физике отводится 2 ч (120 мин). Работа состоит из 4 заданий (С1–С4), на которые требуется дать развёрнутый ответ после проведения необходимых измерений, опытов или наблюдений. В ответе необходимо записать все элементы, указанные в условии задания.

При выполнении заданий значения физических величин следует выражать в тех единицах физических величин, которые указаны в условии задания. Если такого указания нет, то значение величины следует записать в Международной системе единиц (СИ). При вычислении разрешается использовать непрограммируемый калькулятор.

В каждом из тематических наборов комплекта «ЕГЭ-лаборатория» имеется перечень всех приборов и оборудования, в котором их названия сопровождаются фотографиями (рисунками).

Выполняйте задания в том порядке, в котором они даны. Если какое-то задание вызывает у вас затруднение, пропустите его. К пропущенным заданиям вы сможете вернуться, если у вас останется время.

За выполнение различных по сложности заданий даётся от 2 до 4 баллов. Баллы, полученные вами за выполненные задания, суммируются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее количество баллов.

Перед выполнением работы ознакомьтесь с предложенным вам комплектом оборудования и правилами безопасного труда при работе с данным оборудованием. На бланке ответов необходимо поставить подпись, которая подтверждает, что вы ознакомлены с правилами безопасного труда.

Желаем успеха!

Ниже приведены справочные данные, которые могут понадобиться вам при выполнении работы.

(Десятичные приставки, константы, нормальные условия – то же, что в «Физике» № 20/07, с. 28. – Ред.)

Плотность, кг/м³

Вода .......................................................... 1000,0

Древесина .................................................. 400,0

Алюминий ...............................................   2700,0

Железо ......................................................   7870,0

Медь ..........................................................   8900,0

Воздух (при нормальных условиях) ............ 1,30

Удельная теплоёмкость, Дж/(кг • К)

Вода ........................................................ 4,20 · 10³

Алюминий .................................................... 900,0

Железо ........................................................... 640,0

Медь ............................................................... 380,0

Удельное сопротивление, Ом • м

Нихром ..................................... (1,10 ± 0,05) · 10^–6

Вольфрам ................................. (5,50 ± 0,05) · 10^–8

Никелин ..................................  (4,20 ± 0,05) · 10^–7

Молярная масса, кг/моль

Воздух ......................................... (29,0 ± 0,5) · 10^–3

Алюминий ................................. (27,0 ± 0,5) · 10^–3

Основные (максимальные) абсолютные погрешности средств измерения, входящих в состав наборов комплекта «ЕГЭ-лаборатория», с учётом погрешности отсчёта

Погрешность отсчёта не превосходит половины цены деления, если показания округляются до ближайшего значения.

Все задания варианта выполняются с использованием набора «Электричество» комплекта «ЕГЭ-лаборатория».

C1.  Проверьте на опыте, меняется ли направление индукционного тока, возникающего в проволочной катушке, в зависимости от того, какой из полюсов магнита приближается к ней. Используйте небольшую проволочную катушку и миллиамперметр, присоединённый к ней, а также постоянный магнит.

В бланке ответов: 1) cделайте схематичный рисунок экспериментальной установки и кратко опишите ход опыта; 2) сформулируйте вывод по результатам проведённого опыта.

C2. Измерьте атмосферное давление и температуру воздуха. Рассчитайте с использованием результатов проведённых измерений плотность воздуха.

В бланке ответов: 1) запишите измеренные значения давления и температуры воздуха с учётом абсолютной погрешности измерений; 2) обоснуйте способ измерения плотности воздуха, применяемый вами, и выведите формулу для расчёта плотности воздуха по известным значениям давления и температуры; 3) представьте расчёт плотности воздуха и её численное значение.

C3. Используя источник тока, лампочку, экран со щелью, прозрачный полуцилиндр и транспортир, соберите экспериментальную установку для изучения явления преломления света в полуцилиндре. При настройке оптической схемы добейтесь такого расположения её элементов, чтобы штрих транспортира, соответствующий углу падения, совпадал с геометрической осью падающего пучка.

Получив пучок света с использованием экрана с щелью и лампочки, пронаблюдайте явление преломления света на плоской границе прозрачного полуцилиндра при угле падения ₁ = 30° и измерьте угол преломления ₁ по штриху транспортира, расположенного внутри пучка.

На основе результатов измерения выполните предварительный расчёт угла преломления ₂ при угле падения ₂ = 60°.

Проверьте на опыте результаты расчёта с учётом того, что в опыте используются достаточно широкие пучки. Целесообразно сравнить угловую ширину пучка с погрешностью транспортира. С учётом такого сравнения и нужно выполнять оценку достоверности экспериментального подтверждения ваших расчётов.

В бланке ответов: 1) зарисуйте схему экспериментальной установки и запишите результат измерения угла ₁; 2) запишите закон, на основе которого вы рассчитали ₂, и результат расчета ₂; 3) укажите границы преломленного пучка при угле падения 60° и сделайте вывод о степени достоверности опытной проверки результатов расчёта угла преломления.

C4. При уменьшении сопротивления реостата в электрической цепи, представленной на рисунке, будет увеличиваться сила тока I и меняться напряжение (разность потенциалов) U на полюсах источника тока. Выведите формулу, которая показывает, как будет изменяться напряжение на полюсах источника при изменении силы тока.

Подберите необходимые приборы и оборудование для исследования зависимости U от I и проведите исследование не менее чем для четырёх измерений.

В бланке ответов: 1) начертите схему используемой в исследовании электрической цепи с включёнными в неё амперметром и вольтметром; 2) запишите вывод формулы зависимости U от I и укажите законы, которыми вы пользовались; 3) результаты измерений изобразите на графике зависимости U (I), отметьте абсолютные погрешности U и I каждого измерения, для чего масштабы по осям выберите в соответствии со шкалами приборов; 4) запишите, соответствует ли характер полученной зависимости U от I выведенной вами формуле.

ОБЩИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Решения заданий С1–С4 оцениваются экспертной комиссией. На основе критериев, представленных в приведённых ниже таблицах, за выполнение каждого задания в зависимости от полноты и правильности данного учащимся ответа выставляется от 0 до 4 баллов.

C1. Элементы ответа

1. Представлен схематичный рисунок опыта с указанием направления движения магнита (или катушки) и обозначены полюсы магнита.

2. Сделан вывод о том, что при смене полюса приближающегося к катушке конца магнита изменяется направление индукционного тока в катушке.

C2. Элементы ответа

Комментарий. Эксперт опирается на те измерения давления и температуры, которые снимаются специалистом, находящимся в аудитории во время проведения работы.

1.  Давление воздуха измеряется при помощи барометра БР-52 из комплекта «ЕГЭ-лаборатория». Для случая, зафиксированного на фотографии, верным признаётся любой отсчёт от 755 до 758 мм рт.ст. (от 100 700 до 100 900 Па). Для случая, зафиксированного на фотографии, верной может быть запись:

p = 756 мм рт.ст. ± 5 мм рт.ст.;

р = (100 800 ± 700) Па.

Температура воздуха должна быть указана с учётом погрешности термометра и записана по шкале Цельсия или Кельвина. Например:

t = (20 ± 1) °С или Т = (293 ± 1) К.

2. Указано на возможность использования уравнения Клапейрона–Менделеева   для оценки плотности воздуха и выведена формула

3. Представлены вычисления плотности воздуха и получено её численное значение с указанием единиц физических величин. Например, для указанных выше значений давления и температуры должно быть признано верным любое значение плотности, полученное учеником из интервала от

C3. Элементы ответа

1. Выполнен чертёж с указанием углов падения и преломления. В результате измерений определено, что угол ₁ 20°. Результаты эксперимента приведены на фотографии. Основная возможная причина резкого отличия результатов, полученных учеником, от показанных на фотографии вероятнее всего связана с неверной установкой полуцилиндра на круговом транспортире.

2. Приведена запись закона преломления в форме:

Выполнен расчёт:

Найдено ₂ 36°.

3. Указано, что эксперимент подтвердил расчёты, т.к. границы преломлённого пучка 34° – 38° и штрих транспортира, соответствующий ₂ = 36°, оказывается внутри преломлённого пучка. Фотография эксперимента приведена справа.

(Критерии оценки выполнения задания и баллы те же, что и в задании С2. – Ред.)

C4. Элементы ответа

1. Начерчена схема, в которой правильно указано подключение амперметра и вольтметра (подключён непосредственно к источнику тока).

2. Приведён вывод формулы U = – Ir из закона Ома для полной цепи. (Может быть и другое обоснование: мощность UI, выделяемая на резисторе, равна разности мощностей сторонних сил I и тепловых потерь внутри источника I²r .)

Комментарий. Может быть приведено обоснование того, что напряжение возрастает с ростом тока, со ссылкой на закон Ома для однородного участка цепи: U = Ir . Это предположение оценивается баллом «0». Но, если после проведения измерений тестируемый делает вывод об ошибочности первоначального предположения, то этап 4 оценивается в 1 балл.

3. Построен график с указанием абсолютных погрешностей измерения, найденных по справочным таблицам в начале варианта.

Полоса возможных результатов, которые могут быть получены учащимися при использовании ВУ-4М, обозначена на рисунке, приведённом ниже, номером «I»; номером «II» обозначена на рисунке полоса возможных результатов, полученных с использованием источника тока «Школьник-В».

4. Сформулирован вывод, подтверждающий выдвинутую гипотезу.