Заключительный этап
1999/2000 учебный год
Пермь, 19-26 апреля 2000 г.
Комплект задач подготовлен методической комиссией по физике Центрального оргкомитета Всероссийских олимпиад школьников Министерства образования РФ.
Задача 1.
К диску радиуса R, насаженному на горизонтальный вал мотора, под действием силы тяжести прижимается тяжёлый брусок массой M. Брусок может свободно поворачиваться относительно оси O (см. рис.). Длина бруска равна L, его толщина h. Точка соприкосновения бруска с диком находится на расстоянии l от левого края бруска. Коэффициент трения скольжения между бруском и диском равен m. Предполагая, что мотор может развивать мощность P, определите угловую скорость w вращения диска в зависимости от величины l. Рассмотрите случаи вращения диска по (w+) и против (w-) часовой стрелки. Постройте качественные графики w+(l) и w-(l).Задача 2.
Кот Леопольд стоял у края крыши сарая. Два злобных мышонка выстрелили в него из рогатки. Однако, камень, описав дугу, через t1=1,2 с от наклонного ската крыши сарая у самых лап кота и через t2=1,0 с попал в лапу стрелявшего мышонка (см. рис.). На каком расстоянии S от мышей находился кот Леопольд?Задача 3.
Известно, что дистиллированную воду, очищенную от примесей, можно охладить без превращения в лёд ниже температуры t0=0oC. В зависимости от внешнего давления процесс кристаллизации воды может начаться при некоторой температуре t1<t0. Образовавшийся при этом лёд отличается по своим физическим свойствам от обычного льда при температуре 0oC. Определите, чему равна удельная теплота плавления льда (l2) при температуре t1=-10oC. Удельную теплоёмкость воды в интервале температур от -10oC до 0oC примите равной c1=4,17*103 Дж/(кг*K). Удельную теплоёмкость льда в этом интервале температур примите равной c2=2,17*103 Дж/(кг*K). Удельная теплота плавления льда при температуре 0oC равна l1=3,32*105 Дж/кг.Задача 4.
Дан "чёрный ящик" с тремя выводами. Известно, что внутри ящика находится некоторая схема, составленная из резисторов (см. рис.). Если к выводам (1),(3) подключить источник напряжения U=15 В и измерить с помощью вольтметра напряжения между выводами (1),(2) и (2),(3), то они оказываются равными U12=6 В и U23=9 В. Если источник напряжения подключить к выводам (2),(3), то U21=10 В и U13=5 В. Какими будут напряжения U13, U32, если источник подключить к выводам (1), (2)? Нарисуйте возможные схемы "черного ящика" с минимальным числом резисторов. Полагая, что наименьшее сопротивление из всех резисторов равно R, найдите сопротивления остальных резисторов.Задача 1.
На гладкой горизонтальной поверхности коллеблется на пружине вдоль оси Ox брусок. По направлению к бруску вдоль оси Ox движется по направлению к бруску со скоростью v0 шарик (см. рис. 1), который после упругого удара о брусок отскакивает в противоположном направлении. Масса шарика во много раз меньше массы бруска. График зависимости координаты x бруска от времени t представлен на рис. 2.Задача 2.
Длинный товарный поезд трогается с места. Вагоны соединены друг с другом с помощью абсолютно неупругих сцепок. Первоначальный зазор в каждой сцепке равен L (см. рис.). Масса локомотива равна m, а его порядковый номер - первый. Все вагоны загружены, и масса каждого из них тоже равна m.Задача 3.
В воду массы m бросают вещество такой же массы, обладающее следующими свойствами:Задача 4.
Кривая ABC (см. рис.) является адиабатой для некоторого вещества, у которого внутренняя энергия зависит от произведения p*V, т. е. U=U(pV). Найдите полное количество тепла, которое тело получило в процессе 1-2, изображённом на рис.Задача 5.
В электрической цепи, представленной на рисунке, ключ K разомкнут и токи не текут. Определите:Задача 1.
На два вращающихся в противоположных направлениях цилиндрических валика радиусом R=0,5 м положили длинный однородный брус (см. рис.) так, что его центр масс оказался смещённым от оси симметрии на aL, где a=3/8, а L=2 м - расстояние между осями валиков. Затем брус без толчка отпускают. Коэффициент трения между брусом и валиками равен k=0,3 и не зависит от их относительной скорости. Угловая скорость вращения валиков равна w1=10 с-1. После того, как колебания установились, угловую скорость вращения валиков уменьшили в 10 раз. Найдите частоту W и амплитуду A2 новых установившихся колебаний бруса.Задача 2.
К двум точкам A и B, находящимся на одной горизонтали, между которыми расстояние 2a, прикреплена тонкая лёгкая нерастяжимая нить длиной 2l (см. рис. 1). По нити без трения скользит маленькая тяжёлая бусинка. Ускорение свободного падения g.Примечание: при решении задачи Вам может оказаться полезной формула
(1+x)1/2 ~ 1+(1/2)x+(1/8)x2+..., при x<<1
Задача 3.
Кривая ABC (см. рис.) является адиабатой для некоторого вещества, у которого внутренняя энергия зависит от произведения p*V, т. е. U=U(pV). Найдите полное количество тепла, которое тело получило в процессе 1-2, изображённом на рис.Задача 4.
В электростатическом вольтметре сила притяжения между металлическими пластинами плоского конденсатора C измеряется с помощью аналитических весов (см. рис. 1). При постоянном напряжении V1=500 В между пластинами 1 и 2 весы уравновешиваются разновесом массой m1=200 мг. На пластины конденсатора подаётся периодическая последовательность треугольных импульсов напряжения с длительностью t=5*10-4 с и периодом повторения T=0,01 с (см. рис. 2). Чему равна амплитуда импульсов V0, если в этом случае весы уравновешиваются разновесом массой m2=30 мг. Период собственных колебаний весов много больше T.Задача 5.
В электрической цепи с мостиком Уинстона, изображённой на рис., после установления всех токов замыкают ключ K. Определите, при какой величине сопротивлений R1 через микроамперметр с внутренним сопротивлением r после замыкания ключа K протечёт наибольший заряд Q. Все остальные параметры электрической цепи, указанные на рисунке, считать заданными. Внутренним сопротивлением источника напряжения и сопротивлением соединительных проводов пренебречь.