Контрольные работы по физике для 11 класса (физико-математический профиль обучения)

ТЕМАТИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

11 КЛАСС (ФМ ПРОФИЛЬ)

1.Законы постоянного электрического тока

2.Электромагнитные явления

3.Электромагнитные волны

4.Строение атома и атомного ядра

Контрольная работа №1 «Законы постоянного тока», 11 класс

Вариант I

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.Источник тока с ЭДС Е и внутренним сопротивлением r сначала был замкнут на внешнее сопротивление R. Затем внешнее сопротивление увеличили. Как при этом изменятся сила тока в цепи и напряжение на внешнем сопротивлении? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

сила тока в цепи	напряжение на внешнем сопротивлении

В2.Два резистора с сопротивлениями R₁ и R₂ параллельно подсоединили к клеммам батарейки для карманного фонаря. Напряжение на клеммах батарейки U. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) сила тока через батарейку 1) U(R₁ + R₂)/R₁R₂

Б) напряжение на резисторе с сопротивлением R₁ 2) U (R₁ + R₂)

3) U/(R₁ + R₂)

4) U(R₁ + R₂)/R₂

А	Б

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Цилиндрический проводник длиной L = L₂ включён в цепь U

постоянного тока. К нему подключают вольтметр таким образом,

что одна из клемм вольтметра всё время подключена к началу U₂

проводника, а вторая может перемещаться вдоль проводника. На

рисунке приведена зависимость показаний вольтметра U от

расстояния х до начала проводника. Как зависит от х удельное U₁

сопротивление проводника? Ответ поясните, указав, какие

физические закономерности вы использовали. 0 L₁ L₂ х

С2.К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 40 м приложили разность потенциалов 10 В. Каким будет изменение температуры проводника ∆Т через 15 с? Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. Удельное сопротивление меди 1,7•10^–8 Ом•м.

С3.Какая тепловая мощность будет выделяться на лампе 4 в схеме, ^{1 3}

изображённой на рисунке, если сопротивления ламп 1 и 2 равны

20 Ом, а сопротивления ламп 3 и 4 равны 10 Ом? Внутреннее

сопротивление источника тока r = 5 Ом, его ЭДС Е = 100 В. ^{2 4}

С4.Найти внутреннее сопротивление источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Контрольная работа №1 «Законы постоянного тока», 11 класс

Вариант II

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.К концам длинного однородного проводника приложено напряжение U. Провод укоротили вдвое и приложили к нему прежнее напряжение U. Как изменятся при этом сила тока и сопротивление проводника? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

сила тока	сопротивление проводника

В2.Два резистора подключили последовательно в цепь к источнику тока с ЭДС Е. Напряжение на первом резисторе равно U₁, а на втором резисторе равно U₂. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) сопротивление резистора R₂ 1) R₁U₁/U₂

Б) внутреннее сопротивление источника тока r 2) R₁U₂/U₁

3) R₁(Е – U₁ – U ₂)/U₂

4) R₁(Е – U₁ – U ₂)/U₁

А	Б

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Нихромовый проводник длиной L = L₂ включён в цепь U

постоянного тока. К нему подключают вольтметр таким образом,

что одна из клемм вольтметра всё время подключена к началу U₂

проводника, а вторая может перемещаться вдоль проводника. На

рисунке приведена зависимость показаний вольтметра U от U₁

расстояния х до начала проводника. Как зависит от х площадь

поперечного сечения проводника? Ответ поясните, указав, какие

физические закономерности вы использовали. 0 L₁ L₂ х

С2.К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 40 м приложили некоторую разность потенциалов U. Через 15 с изменение температуры проводника ∆Т = 16 К? Какую разность потенциалов приложили к проводнику. Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. Удельное сопротивление меди 1,7•10^–8 Ом•м.

С3.Какая тепловая мощность будет выделяться на резисторе R₁ в схеме,

изображённой на рисунке, если резистор R₂ перегорит (превратится в ^R₁ ^R₃

разрыв цепи)? Все резисторы имеют одинаковое сопротивление 20 Ом?

Внутреннее сопротивление источника тока r = 2 Ом, его ЭДС Е = 110 В. ^R₂ ^R₄

C4.Лампочки, сопротивления которых 3 и 12 Ом, поочерёдно подключённые к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника тока?

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Таблица ответов к заданиям контрольной работы

«Законы постоянного тока»

вариант	номер задания
	В1	В2	С1	С2	С3	С4
I	21	14	ρэ2 ρэ1	≈ 16 К	62,5 Вт	0,2 Ом
II	12	24	S2 S1	≈ 10 В	≈ 236 Вт	6 Ом

Возможное решение задач С1-С4

Вариант I

С1.По проводнику течёт постоянный ток. Согласно закону Ома для участка цепи имеем U = IR. Сопротивление любой части проводника определяется соотношением R = ρх/S, где х – длина той части проводника, на которой определяется напряжение, ρ – удельное сопротивление этой части проводника, S – площадь поперечного сечения проводника. При 0 L₁ напряжение пропорционально длине участка. Значит, удельное сопротивление проводника постоянно. При L₁ x L₂ напряжение также линейно зависит от длины участка. Значит, удельное сопротивление проводника и на этом участке тоже постоянно. Однако показания вольтметра на этом участке проводника увеличиваются быстрее, чем на первом. Поэтому удельное сопротивление проводника на втором участке больше, чем на первом.

С2.Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, согласно закону Джоуля-Ленца, находим по формуле Q = U²t/R. С другой стороны, на нагревание проводника тратится энергия Q = cm∆T, где масса проводника равна m = ρLS (S – площадь поперечного сечения проводника, ρ – плотность материала проводника). Сопротивление проводника находим по формуле R = ρ_эL/S. Таким образом, решая систему полученных уравнений, находим: ∆Т = U²t/(cρρ_эL²) ≈ 16 К.

С3.Определим общее внешнее сопротивление заданной электрической цепи:

Е r

R_общ. = (R₁ + R₂)/2.

^{1 3}

_{2 4}

По закону Ома для замкнутой цепи, сила тока через источник в цепи равна:

I = Е/(R_общ. + r) = 2Е/(R₁ + R₂ + 2r).

Лампочки 3 и 4 имеют одинаковое сопротивление и включены параллельно друг другу. Значит, через лампочку 4 течёт сила тока, равная половине силе тока, текущего в цепи. Поэтому, мощность, выделяющаяся на лампе 4 равна:

Р = I²R₂/4 = Е²R₂/(R₁ + R₂ + 2r)² = 62,5 Вт.

С4.Мощность, выделяющаяся на внешнем сопротивлении, равна Р = I²R. Согласно закону Ома для замкнутой цепи имеем I = Е(R + r). Выражая из последней формулы внешнее сопротивление, получаем: Р = I(Е – Ir). Таким образом, получаем систему уравнений: Р₁ = I₁(Е – I₁r), Р₂ = I₂(Е – I₂r). Решая эту систему уравнений, находим: r = (P₁I₂ – P₂I₁)/I₁I₂(I₂ – I₁) = 0,2 Ом.

Вариант II

C1.По проводнику течёт постоянный ток. Согласно закону Ома для участка цепи имеем U = IR. Сопротивление любой части проводника определяется соотношением R = ρх/S, где х – длина той части проводника, на которой определяется напряжение, ρ – удельное сопротивление проводника, S – площадь поперечного сечения этой части проводника. При 0 L₁ напряжение пропорционально длине участка. Значит, площадь поперечного сечения проводника постоянна. При L₁ x L₂ напряжение также линейно зависит от длины участка. Значит, площадь поперечного сечения проводника на этом участке тоже постоянна. Однако показания вольтметра на этом участке проводника увеличиваются медленнее, чем на первом. Поэтому площадь поперечного сечения проводника на втором участке больше, чем на первом.

C2.Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, согласно закону Джоуля-Ленца, находим по формуле Q = U²t/R. С другой стороны, на нагревание проводника тратится энергия Q = cm∆T, где масса проводника равна m = ρLS (S – площадь поперечного сечения проводника, ρ – плотность материала проводника). Сопротивление проводника находим по формуле R = ρ_эL/S. Таким образом, решая систему полученных уравнений, находим: U = ≈ 10 В.

С3.После перегорания резистора R₂ электрическая схема принимает вид:

R₃

R₁ R₄

ɛ r

Общее сопротивление внешней цепи будет равно: R_общ. = R + R/2 = 1,5R. По закону Ома для замкнутой цепи сила тока в цепи равна: I = Е/(1,5R + r). Такая же сила тока течёт через резистор R₁. Мощность, выделяющаяся на указанном резисторе равна: Р = I²R = Е²R/(1,5R + r) ≈ 236 Вт.

С4.Согласно закону Ома для замкнутой цепи: I = Е(R + r). Мощность, выделяющаяся на внешнем сопротивлении, равна Р = I²R. По условию задачи Р₁ = Р₂ или Е²R₁/(R₁ + r)² = Е²R₂/(R₂ + r)². Отсюда находим: r = = 6 Ом.

Схема анализа контрольной работы №1

«Законы постоянного тока»

Дата проведения «____» ______________ 20___ .

Учитель __________________________________ . Класс __________________________________ .

Ассистенты _________________________________________________________________________.

Количество обучающихся по списку: _________ об.

Количество обучающихся, выполнявших работу: ______ об. ______ %.

Оценочная таблица

ФИ обучающегося	Номер задания							баллы		оценка
	В1	В2	С1	С2	С3	С4

Получили «5» (отлично): ______ об. _____ %.

Получили «4» (хорошо): ______ об. _____ %.

Получили «3» (удовлетворительно): ______ об. _____ %.

Получили «2» (неудовлетворительно): _____ об. _____ %.

Поэлементный анализ пробелов знаний:

1.Допускают ошибки в алгебраических расчётах и преобразованиях выражений: _____ об. ____ %.

2.Не знают формул физических величин для их определения (задание В2): ______ об. ______ %.

3.Не понимают процессов, происходящих в электрических цепях (задание В1): _____ об. _____ %.

4.Не умеют применять законы Ома: _____ об. ______ %.

5.Не умеют проводить расчёт общего сопротивления цепи: ______ об. ______%.

6.Не знают формул для мощность на внешнем участке цепи: ______ об. ______ %.

7.Не знают закона Джоуля-Ленца: _____ об. ______ %.

8.Не знают формулы для расчёта сопротивления: ______ об. _____%.

Контрольная работа №2 «Электромагнитные явления», 11 класс

Вариант I

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.Заряженная частица массой m, несущая положительный заряд q, движется перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля В по окружности со скоростью v. Действием силы тяжести пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) модуль силы Лоренца, действующей на частицу 1) v/qB

Б) период обращения частицы по окружности 2) mv/qB

3) 2πm/qB

4) qvB

А	Б

В2.Конденсатор колебательного контура подключён к источнику + –

постоянного напряжения (смотри рисунок). Графики А и Б представляют

изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре + – К 1

после переведения переключателя К в положение 2. Установите

соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости 2

которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции

первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите

в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. L

ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А) 1) заряд левой обкладки конденсатора

2) сила тока в катушке

3) энергия электрического поля

0 t конденсатора

4) индуктивность катушки

Б)

0 t

А	Б

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.На рисунке изображён длинный проводник с током, в плоскости которого располагается проволочная рамка. Направление тока в проводнике указано стрелкой. Почему при выключении и включении тока в проводнике ток в рамке будет иметь различные направления? Укажите стрелками направления тока в рамке, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

I

С2.Колебательный контур радиоприёмника настроен на частоту ν = 10⁷ Гц. Ёмкость плоского воздушного конденсатора контура С = 0,2 мкФ, расстояние между его пластинами d = 1 мм. Какова максимальная напряжённость электрического поля конденсатора в ходе колебаний, если максимальный ток в катушке индуктивности равен I_max = 1 А?

С3.Металлический стержень, согнутый в виде буквы П, закреплён в горизонтальной плоскости. На параллельные стороны стержня опирается концами перпендикулярная перемычка массой 92 г и длиной 1 м. Сопротивление перемычки равно 0,1 Ом. Вся система находится в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией 0,15 Тл. С какой установившейся скоростью будет двигаться перемычка, если к ней приложить постоянную горизонтальную силу 1,13 Н? Коэффициент трения между стержнем и перемычкой равен 0,25. Сопротивлением стержня пренебречь. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на перемычку.

С4.Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 10 кВ и влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору его индукции В. Радиус траектории движения иона в магнитном поле 0,2 м, отношение массы иона к его электрическому заряду 5•10^–7 кг/Кл. Определите значение модуля индукции магнитного поля. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебречь.

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Контрольная работа №2 «Электромагнитные явления», 11 класс

Вариант II

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.Установите соответствие между физическими величинами и их единицами измерения в системе СИ. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

А) магнитный поток 1) 1 Тл•м²

Б) индуктивность 2) 1 В

3) 1 Гн

4) 1 Тл

А	Б

В2.Как изменятся частота собственных колебаний и максимальная сила тока

в катушке колебательного контура (смотри рисунок), если ключ К перевести L C

из положения 1 в положение 2 в тот момент, когда заряд конденсатора будет 1

равен нулю? Для каждой величины определите соответствующий характер К

изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в 2 4С

таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в

ответе могут повторяться.

частота собственных колебаний	максимальная сила тока в катушке

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.На рисунке изображён длинный проводник с током, в плоскости которого располагается проволочная рамка. Направление тока в проводнике указано стрелкой. Почему при удалении и приближении рамки к проводнику ток в рамке будет иметь различные направления? Укажите стрелками направления тока в рамке, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

направление движения

I

С2. Колебательный контур радиоприёмника настроен на частоту ν = 5 МГц. Индуктивность катушки контура L = 3 мкГн. В контуре используется конденсатор, расстояние между пластинами которого d = 1 мм. Максимальная напряжённость электрического поля конденсатора в ходе колебаний равна Е_max = 3 В/м. Каков максимальный ток в катушке индуктивности?

С3.Горизонтально расположенный проводник длиной 1 м движется равноускоренно в вертикальном однородном магнитном поле, индукция которого направлена перпендикулярно проводнику и скорости его движения. При начальной скорости проводника, равной нулю, и ускорении 8 м/с² он переместился на 1 м. Какова индукция магнитного поля, в котором двигался проводник, если ЭДС индукции на концах проводника в конце движения равна 2 мВ? Сделать чертёж, на котором указать направление индукционного тока в проводнике, направление вектора индукции и вектора скорости проводника.

С4.Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 10 кВ и влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору его индукции В. Радиус траектории движения иона в магнитном поле 0,2 м, модуль индукции магнитного поля равен 0,5 Тл. Определите отношение массы иона к его электрическому заряду. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебречь.

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Таблица ответов к заданиям контрольной работы

«Электромагнитные явления»

вариант	номер задания
	В1	В2	С1	С2	С3	С4
I	43	24		≈ 80 В/м	4 м/с	0,5 Тл
II	13	23		≈ 32 мкА	1 мТл	5•10–7 кг/Кл

Возможное решение задач С1-С4

Вариант I

С1.При выключении тока в прямолинейном проводнике уменьшается величина магнитной индукции, что приводит к уменьшению магнитного потока (магнитный поток прямо пропорционален индукции магнитного поля, т.е. Ф ~ В). Согласно закону электромагнитной индукции изменение магнитного поля приводит к появлению вихревого электрического поля, которое действует на свободные заряженные частицы в металлической рамке, т.е. в ней появляется индукционный электрический ток. Направление индукционного тока находим по правилу Ленца (смотри рисунок 1).

Рис.2 Направление индукционного тока ∆Ф 0, В₀↑↓В.

В₀

В₀ I_i •

I I_i В I В

Рис.1 Направление индукционного тока ∆Ф В₀↑↑В.

В₀ – индукция магнитного поля, созданная прямолинейным проводником с током, В – индукция магнитного поля, созданная индукционным током в рамке. Аналогичные рассуждения для случая включения тока в прямолинейном проводнике. Направление тока в рамке в этом случае показано на рисунке 2.

С2.Согласно закону сохранения энергии: CU²_max/2 = LI²_max/2, где С – электроёмкость конденсатора, U_max – максимальное напряжение на конденсаторе. Согласно формуле Томсона собственная частота колебательного контура равна: ν = = I_max/2πCU_max. Отсюда выражаем максимальное значение напряжения: U_max = I_max/2πνC. Напряжённость электрического поля конденсатора можно найти по формуле: Е_max = U_max/d = I_max/2πνCd ≈ 80 В/м.

С3.При движении перемычки в однородном магнитном поле на её концах возникает ЭДС электромагнитной индукции: ɛ_i = ВvL, где В – индукция магнитного поля, v и L – соответственно скорость и длина перемычки. Согласно закону Ома для замкнутой цепи индукционный ток равен: I_i = ɛ_i/R = ВvL/R, где R – сопротивление перемычки. Поскольку скорость перемычки постоянна, то ЭДС и индукционный ток также будут постоянными. Согласно правилу Ленца индукционный ток, возникающий в контуре, будет направлен так, чтобы своим магнитным полем препятствовать увеличению магнитного потока при движении перемычки, т.е. против часовой стрелки (см. рис.1).

у N

F_A F F_A F_тр F

F_тр I_i

В mg В

х

Рис.1 Рис.2

Благодаря появлению индукционного тока на перемычку со стороны магнитного поля начнёт действовать сила Ампера, направленная согласно правилу «левой руки» в противоположную движению сторону: F_A = ВI_iL = B²L²v/R. Кроме силы Ампера на перемычку действуют ещё четыре силы: сила тяжести mg, сила реакции опоры N, сила трения F_тр и сила F, приложенная к перемычке (см. рис.2). Перемычка движется с постоянной скоростью. Поэтому ускорение перемычки равно нулю. Проекции второго закона Ньютона имеют вид: 0 = F – F_тр – F_A (на ось ох) и 0 = N – mg (на ось оу). Сила трения скольжения находится по формуле: F_тр = μN. Решая полученную систему уравнений, находим скорость перемычки: v = (F – μmg)R/B²L² = 4 м/с.

С4.При ускорении в электрическом поле ион приобретает кинетическую энергию. Согласно закону сохранения энергии можно записать: mv²/2 = qU, где m – масса иона, v – скорость иона, q – заряд иона. В магнитном поле на ион действует сила Лоренца F_л = qvB, сообщающая иону центростремительное ускорение: а = v²/r, где r – радиус окружности, по которой движется ион. По второму закону Ньютона: qvB = mv²/r. Решая полученную систему уравнений, находим:

В = = 0,5 Тл.

Вариант II

С1.При удалении и приближении рамки к прямолинейному проводнику с током уменьшается или увеличивается величина магнитной индукции, что приводит к уменьшению или увеличению магнитного потока (магнитный поток прямо пропорционален индукции магнитного поля, т.е. Ф ~ В). Согласно закону электромагнитной индукции изменение магнитного поля приводит к появлению вихревого электрического поля, которое действует на свободные заряженные частицы в металлической рамке, т.е. в ней появляется индукционный электрический ток. Направление индукционного тока находим по правилу Ленца (смотри рисунки 1 и 2).

Рис.2 Направление индукционного тока ∆Ф 0, В₀↑↓В.

В₀

В₀ I_i •

I I_i В I В

Рис.1 Направление индукционного тока ∆Ф В₀↑↑В.

В₀ – индукция магнитного поля, созданная прямолинейным проводником с током, В – индукция магнитного поля, созданная индукционным током в рамке.

С2.Согласно закону сохранения энергии: CU²_max/2 = LI²_max/2, где С – электроёмкость конденсатора, L – индуктивность катушки, U_max – максимальное напряжение на конденсаторе. Согласно формуле Томсона и с учётом предыдущего выражения собственная частота колебательного контура равна: ν = = U_max/2πLI_max. Отсюда выражаем максимальное значение напряжения: U_max = I_max2πνL. Напряжённость электрического поля конденсатора можно найти по формуле: Е_max = U_max/d = I_max2πνL/d. Отсюда максимальное значение тока равно:

I_max = dЕ_max/2πνL ≈ 32 мкА.

С3.При движении перемычки в однородном магнитном поле на её концах возникает ЭДС электромагнитной индукции: Е_i = ∆Ф/∆t. Изменение магнитного потока равно ∆Ф = B∆S = ВLv_ср∆t, где В – индукция магнитного поля, v_ср∆t – пройденное проводником расстояние. Поскольку начальная скорость проводника равна нулю, а движение проводника равноускоренное, то v_ср = v/2. Тогда получаем: Е_i = ВLv/2. Проводник прошёл некоторое расстояние, равное: s = at²/2, где время движения проводника равно t = v/a. Значит, v = . Тогда Е_i = ВL/2. Отсюда находим значение индукции магнитного поля: В = 2Е_i/L = 1 мТл. Направление индукционного тока в движущемся проводнике находим по правилу «правой руки» (см. рисунок).

L

I_i

v

В

v_ср∆t

C4.При ускорении в электрическом поле ион приобретает кинетическую энергию. Согласно закону сохранения энергии можно записать: mv²/2 = qU, где m – масса иона, v – скорость иона, q – заряд иона. В магнитном поле на ион действует сила Лоренца F_л = qvB, сообщающая иону центростремительное ускорение: а = v²/r, где r – радиус окружности, по которой движется ион. По второму закону Ньютона: qvB = mv²/r. Решая полученную систему уравнений, находим:

m/q = B²r²/U = 5•10^–7 кг/Кл.

Схема анализа контрольной работы №2

«Электромагнитные явления»

Дата проведения «____» ______________ 20___ .

Учитель __________________________________ . Класс __________________________________ .

Ассистенты _________________________________________________________________________.

Количество обучающихся по списку: _________ об.

Количество обучающихся, выполнявших работу: ______ об. ______ %.

Оценочная таблица

ФИ обучающегося	Номер задания							баллы		оценка
	В1	В2	С1	С2	С3	С4

Получили «5» (отлично): ______ об. _____ %.

Получили «4» (хорошо): ______ об. _____ %.

Получили «3» (удовлетворительно): ______ об. _____ %.

Получили «2» (неудовлетворительно): _____ об. _____ %.

Поэлементный анализ пробелов знаний:

1.Допускают ошибки в алгебраических расчётах и преобразованиях выражений: _____ об. ____ %.

2.Допускают ошибки при переводе единиц в СИ: _____ об. ______ %.

3.Не знают формул физических величин для их определения и единиц измерения (задание В1): ______ об. ______ %.

4.Не понимают процессов, происходящих в электрических цепях переменного тока (задание В2): _____ об. _____ %.

5.Не понимают сущности явления электромагнитной индукции (задание С1): _____ об. _____ %.

6.Не умеют применять формулу закона сохранения энергии для колебательного контура и формулу Томсона (задание С2): ______ об. ______ %.

7.Не умеют применять закон электромагнитной индукции к движущимся в магнитном поле проводникам (задание С3): ______ об. _______%.

8.Не знают законов движения заряженных частиц в постоянном магнитном поле(задание С4): _______ об. _______ %.

Контрольная работа №3 «Электромагнитные волны», 11 класс

Вариант I

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.Пучок света переходит из воды в воздух. Частота световой волны – ν, длина световой волны в воде – λ, показатель преломления воды относительно воздуха – n. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) скорость света в воздухе 1) λ•ν

Б) скорость света в воде 2) λ/ν

3) λ•ν•n

4) λ•n/ν

А	Б

В2.При настройке контура радиопередатчика его индуктивность увеличили. Как при этом изменятся период колебаний тока в контуре и длина волны излучения? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

период колебаний тока в контуре	длина волны излучения

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Тонкая линза Л даёт чёткое действительное изображение предмета АВ на экране Э (рис.1). Что произойдёт с изображением предмета на экране, если верхнюю половину линзы закрыть куском чёрного картона К (рис.2)? Постройте изображение предмета в обоих случаях. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Л Э К Л Э

В В

А А

Рис.1 Рис.2

С2.В дно водоёма глубиной 3 м вертикально вбита свая, полностью скрытая под водой. При угле падения солнечных лучей на поверхность воды, равном 30⁰, свая отбрасывает на дно водоёма тень длиной 0,8 м. Определите высоту сваи. Коэффициент преломления воды n = 4/3.

С3.Точечный источник монохроматического света находится на расстоянии s = 1 мм от большого плоского зеркала и на расстоянии L = 4 м от экрана (смотри рисунок). Каково расстояние между соседними максимумами освещённости? Длина волны света λ = 600 нм.

L

А

s

О

С4.Две собирающие линзы с фокусными расстояниями F₁ = 12 см и F₂ = 15 см расположены друг за другом на расстоянии а = 36 см. Предмет находится на расстоянии d = 48 см от первой линзы. На каком расстоянии f от второй линзы находится изображение предмета?

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Контрольная работа №3 «Электромагнитные волны», 11 класс

Вариант II

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.Пучок света переходит из воды в воздух. Частота световой волны – ν, длина световой волны в воздухе – λ, показатель преломления воды относительно воздуха – n. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) длина волны в воде 1) λ•ν

Б) скорость света в воде 2) λ/n

3) λ•ν•n

4) λ•ν/n

А	Б

В2.При настройке контура радиопередатчика его ёмкость увеличили. Как при этом изменятся частота колебаний тока в контуре и длина волны излучения? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

частота колебаний тока в контуре	длина волны излучения

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Тонкая линза Л даёт чёткое действительное изображение предмета АВ на экране Э (рис.1). Что произойдёт с изображением предмета на экране, если нижнюю половину линзы закрыть куском чёрного картона К (рис.2)? Постройте изображение предмета в обоих случаях. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

Э Э

В Л В Л

А А

К

Рис.1 Рис.2

С2. В дно водоёма глубиной 3 м вертикально вбита свая, полностью скрытая под водой. Высота сваи 2 м. Какова длина тени от сваи на дне водоёма, если угол падения солнечных лучей на поверхность воды равен 30⁰. Коэффициент преломления воды n = 4/3.

С3.Дифракционная решётка имеет 2000 штрихов на длине 4 мм. На неё нормально к поверхности падает параллельный пучок лучей с длиной волны 0,7 мкм. Найти общее число максимумов, даваемое этой решёткой.

С4.Условимся считать изображение на плёнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на плёнке получается изображение пятна диаметром не более некоторого предельного значения. Поэтому если объектив находится на фокусном расстоянии от плёнки, то резкими считаются не только бесконечно удалённые предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Оцените предельный размер пятна, если при фокусном расстоянии объектива F = 50 мм и диаметре входного отверстия D = 5 мм резкими оказались все предметы. Находившиеся на расстояниях более d = 5 м от объектива. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна.

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Таблица ответов к заданиям контрольной работы

«Электромагнитные явления»

вариант	номер задания
	В1	В2	С1	С2	С3	С4
I	31	11		≈ 2 м	1,2 мм	60 см
II	24	21		≈ 0,8 м	7	0,05 мм

Возможное решение задач С1-С4

Вариант I

С1.Все лучи от любой точки предмета, после прохождения данной линзы давая действительное изображение, пересекаются за линзой в одной точке. Пока картон не мешает, построим изображение в линзе предмета АВ, используя лучи, исходящие из точки В (рис.1). Кусок картона К перекрывает верхние лучи, но никак не влияет на ход нижних лучей (рис.2). Благодаря этим и аналогичным им лучам изображение предмета продолжает существовать на прежнем месте, не меняя формы, но становится темнее, так как часть лучей больше не участвует в построении изображения.

Л Э К Л Э

В В

А₁ А₁

А F А F

В₁ В₁

Рис.1 Рис.2

С2.Сделаем чертёж (смотри ниже). Согласно рисунку длина тени L определяется высотой сваи и углом β между сваей и скользящим по её вершине лучом света: L = h•tgβ. Этот угол является и углом преломления солнечных лучей на поверхности воды. Согласно закону преломления: n = . Отсюда sinβ = = . Из геометрии известно, что tgβ = = . Следовательно, L = . Отсюда находим высоту сваи: h = L ≈ 2 м.

α воздух

вода

H

β

h

L

С3.Рассмотрим два луча из источника света А (смотри рисунок ниже): один из них идёт непосредственно на экран, а второй попадает на экран, предварительно отразившись от зеркала. Причём отражённый луч идёт на экран так, как если бы он был испущен изображением А₁ источника в зеркале. Волны, распространяющиеся вдоль этих лучей, можно рассматривать как волны от когерентных источников света А и А₁. Поэтому на экране эти волны будут интерферировать.

L

1

∆х

А

s

s 0

Ширина интерференционной полосы равна: ∆х = Lλ/d, где d = 2s. Значит, получаем: ∆х = Lλ/2s. Вычисления дают: ∆х = 1,2 мм.

С4.Первая линза даёт действительное изображение на расстоянии f₁ = d₁F₁/(d₁ – F₁) = 16 см от своей плоскости, т.е. на расстоянии d₂ = a – f₁ = 20 см от второй линзы. Следовательно, f₂ = d₂F₂/(d₂ – F₂) = 60 см.

Вариант II

C1.Все лучи от любой точки предмета, после прохождения данной линзы давая действительное изображение, пересекаются за линзой в одной точке. Пока картон не мешает, построим изображение в линзе предмета АВ, используя лучи, исходящие из точки В (рис.1). Кусок картона К перекрывает нижние лучи, но никак не влияет на ход верхних лучей (рис.2). Благодаря этим и аналогичным им лучам изображение предмета продолжает существовать на прежнем месте, не меняя формы, но становится темнее, так как часть лучей больше не участвует в построении изображения.

Л Э К Л Э

В В

А₁ А₁

А F А F

В₁ В₁

Рис.1 Рис.2

С2.Сделаем чертёж (смотри ниже). Согласно рисунку длина тени L определяется высотой сваи и углом β между сваей и скользящим по её вершине лучом света: L = h•tgβ. Этот угол является и углом преломления солнечных лучей на поверхности воды. Согласно закону преломления: n = . Отсюда sinβ = = . Из геометрии известно, что tgβ = = . Следовательно, L = ≈ 0,8 м.

α воздух

вода

H

β

h

L

С3.Воспользуемся условием максимумов для дифракционной решётки: dsinφ = kλ, где d = L/N – период дифракционной решётки, φ – угол дифракции, k – номер дифракционного максимума, λ – длина волны света, падающего нормально на дифракционную решётку. Последний максимум соответствует максимальному углу дифракции. А угол дифракции не может быть больше 90⁰. Значит, k_max = dsin90⁰/λ = d/λ = L/Nλ. Максимумы отсчитываются по обе стороны от нулевого. Поэтому данная дифракционная решётка даёт m максимумов: m = (2L/Nλ) + 1 = 7.

С4.Лучи, идущие от предмета на расстоянии d, собираются на расстоянии f, которое больше фокусного расстояния, и поэтому образуют на плёнке пятно диаметром ρ (смотри рисунок ниже).

f

пятно

D

О О₁

F

Из подобия треугольников получаем соотношение: = . Из формулы тонкой линзы находим: = . Тогда: ρ = FD/d = 0,05 мм.

Схема анализа контрольной работы №3

«Электромагнитные волны»

Дата проведения «____» ______________ 20___ .

Учитель __________________________________ . Класс __________________________________ .

Ассистенты _________________________________________________________________________.

Количество обучающихся по списку: _________ об.

Количество обучающихся, выполнявших работу: ______ об. ______ %.

Оценочная таблица

ФИ обучающегося	Номер задания							баллы		оценка
	В1	В2	С1	С2	С3	С4

Получили «5» (отлично): ______ об. _____ %.

Получили «4» (хорошо): ______ об. _____ %.

Получили «3» (удовлетворительно): ______ об. _____ %.

Получили «2» (неудовлетворительно): _____ об. _____ %.

Поэлементный анализ пробелов знаний:

1.Допускают ошибки в алгебраических расчётах и преобразованиях выражений: _____ об. ____ %.

2.Допускают ошибки при переводе единиц в СИ: _____ об. ______ %.

3.Не знают формул физических величин для их определения (задание В1): ______ об. ______ %.

4.Не понимают процессов, связанных с излучением и распространением электромагнитных волн (задание В2): _____ об. _____ %.

5.Не понимают принципы работы линз (задания С1 и С4): _______ об. ______ %.

6.Не понимают сущность явления преломления света (задание С2): ________ об. ______ %.

7.Не понимают процессов интерференции и дифракции и работы плоского зеркала и дифракционной решётки (задание С3): ______ об. ______ %.

Контрольная работа №4 «Строение атома и атомного ядра», 11 класс

Вариант I

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.В опыте по изучению фотоэффекта металлическая пластина облучалась светом с частотой ν. Работа выхода электронов из металла равна А_вых. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (h – постоянная Планка, с – скорость света в вакууме, m_e – масса электрона). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) красная граница фотоэффекта λ_кр 1) hc/А_вых

Б) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 2) hν/А_вых

3) 2/m_e

4) hν – А_вых

А	Б

В2.Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как изменяются при этом массовое число и заряд ядра? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

массовое число ядра	заряд ядра

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Металлическая пластина облучается светом с частотой 1,6•10¹⁵ Гц. Работа выхода электронов из данного металла равна 3,7 эВ. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряжённостью 130 В/м, причём вектор напряжённости электрического поля направлен в сторону пластины и перпендикулярен её поверхности. Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от пластины?

С2.Предположим, что схема нижних энергетических уровней атомов некоего Е, эВ

элемента имеет вид, показанный на рисунке, и атомы находятся в состоянии с

энергией Е⁽¹⁾. Электрон в результате столкновения с одним их таких атомов 0

приобрёл некоторую дополнительную энергию. Импульс электрона после – 2 Е⁽²⁾

столкновения с покоящимся атомом оказался равным р₁ = 1,2•10 ^–24 кг•м/с.

Определите кинетическую энергию Е₀ электрона до столкновения. – 5 Е⁽¹⁾

Возможностью испускания света атомом при столкновении с электроном

пренебречь.

– 8,5 Е⁽⁰⁾

С3.Коэффициент полезного действия атомной электростанции, расходующей уран-235, равен 25%, а её мощность равна 38 МВт. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия 200 МэВ. Какая масса урана-235 необходима для работы электростанции в течение недели?

С4.На рисунке представлены энергетические уровни электронной Е₄

оболочки атома и указаны частоты фотонов, излучаемых и поглощаемых Е₃

при некоторых переходах между ними. Какова максимальная длина ν₂₄ ν₃₂

волны фотонов, излучаемых атомом при любых возможных переходах Е₂

между уровнями Е₁, Е₂, Е₃ и Е₄, если ν₁₃ = 7•10¹⁴ Гц, ν₂₄ = 5•10¹⁴ Гц,

ν₃₂ = 3•10¹⁴ Гц? ν₁₃

Е₁

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Контрольная работа №4 «Строение атома и атомного ядра», 11 класс

Вариант II

Часть 1

Ответом к заданиям этой части (В1-В2) является последовательность цифр.

В1.В опыте по изучению фотоэффекта металлическая пластина облучалась светом с частотой ν. Работа выхода электронов из металла равна А_вых. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (h – постоянная Планка, с – скорость света в вакууме, m_e – масса электрона). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

А) модуль задерживающего напряжения U_з 1) hc/А_вых

Б) максимальная скорость фотоэлектронов 2) hν/А_вых

3) 2/m_e

4) hν – А_вых

А	Б

В2. Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность испускания атомным ядром электронов. Как изменяются при этом массовое число и заряд ядра? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

массовое число ядра	заряд ядра

Часть 2

Полное правильное решение каждой из задач С1-С4 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчёты с численным ответом и, при необходимости, рисунок, поясняющий решение.

С1.Фотокатод облучают светом с длиной волны 300 нм. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода 450 нм. Какое напряжение U нужно создать между анодом и катодом, чтобы фотоэффект прекратился?

С2.Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой Е_n = – 13,6/n² эВ, где n = 1, 2, 3, … . При переходе атома из состояния Е₃ в состояние Е₁ атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Частота света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода 6•10¹⁴ Гц. Чему равен максимально возможный импульс фотоэлектрона?

С3.Определите коэффициент полезного действия атомной электростанции, расходующей за неделю уран-235, массой 1,4 кг, если её мощность равна 38 МВт. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия 200 МэВ.

С4.На рисунке представлены энергетические уровни электронной Е₄

оболочки атома и указаны частоты фотонов, излучаемых и поглощаемых Е₃

при некоторых переходах между ними. Какова длина волны фотонов, ν₂₄ ν₃₂

поглощаемых атомом при переходе с уровня Е₁ на уровень Е₄, если Е₂

ν₁₃ = 6•10¹⁴ Гц, ν₂₄ = 4•10¹⁴ Гц, ν₃₂ = 3•10¹⁴ Гц?

ν₁₃

Е₁

Указания для обучающихся:

Задачи В1-В2 оцениваются из двух баллов (нет ошибок – 2 балла, одна ошибка – 1 балл, две ошибки – 0 баллов). Задачи С1-С4 оцениваются из трёх баллов (согласно критериям оценки).

«5» (отлично) – 12 баллов и выше;

«4» (хорошо) – от 9 баллов до 12 баллов;

«3» (удовлетворительно) – от 7 баллов до 9 баллов;

«2» (неудовлетворительно) – менее 7 баллов.

Таблица ответов к заданиям контрольной работы

«Строение атома и атомного ядра»

вариант	номер задания
	В1	В2	С1	С2	С3	С4
I	14	32	15,9 эВ	≈ 2,3•10 –19 Дж	≈ 1,1 кг	1,5 мкм
II	43	31	≈ 1,4 В	≈1,7•10 –24 кг•м/с	20%	≈ 230 нм

Возможное решение задач С1-С4

Вариант I

С1.Согласно уравнению Эйнштейна для внешнего фотоэффекта энергия поглощённого фотона равна сумме работы выхода фотоэлектрона из металла и максимальной кинетической энергии фотоэлектрона: hν = А_вых + m_ev²/2.Электрическое поле ускоряет электроны, увеличивая их кинетическую энергию на ∆Е = |e|U = |e|EL, где U – разность потенциалов между поверхностью пластины и эквипотенциальной поверхностью на расстоянии L = 10 см от неё. Таким образом, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от металлической пластины равна: Е_к.max = hν – А_вых + |e|EL = 15,9 эВ.

С2.Импульс электрона после столкновения равен: р₁ = , где Е₁ = Е₀ + ∆Е – энергия электрона после столкновения, m_e – масса электрона, ∆Е – дополнительная энергия, приобретённая при столкновении. Согласно постулатам Бора имеем: ∆Е = Е⁽¹⁾ – Е⁽⁰⁾. Таким образом, кинетическая энергия электрона до столкновения будет равна:

Е₀ = – (Е⁽¹⁾ – Е⁽⁰⁾) ≈ 2,3•10 ^–19 Дж.

С3.КПД электростанции находим по формуле: η = Е₁/Е₂, где Е₁ = Рt – энергия, вырабатываемая электростанцией, Е₂ = NE₀ – энергия, выделяющаяся в результате ядерных реакций деления ядер урана, Р – мощность электростанции, t – время работы электростанции, Е₀ – энергия, выделяющаяся в результате деления одного ядра урана, N – количество распавшихся ядер. Молярная масса урана-235 равна μ = 0,235 кг/моль, следовательно, число распавшихся ядер равно: N = mN_a/μ. Таким образом, получаем выражение для массы урана-235: m = Ptμ/ηE₀N_a ≈ 1,1 кг.

С4.Максимальная длина волны соответствует минимальной частоте. Частота фотона, испускаемого атомом при переходе с одного уровня энергии на другой пропорциональна разности энергий этих уровней: ν_kn = (E_k – E_n)/h. Итак, имеем: ν₂₁ = ν₁₃ – ν₃₂ = 4•10¹⁴ Гц, ν₃₂ = 3•10¹⁴ Гц, ν₄₃ = ν₂₄ – ν₃₂ = 2•10¹⁴ Гц – минимальная частота. Этой частоте соответствует максимальная длина волны: λ₄₃ = с/ν₄₃ ≈ 1,5 мкм.

Вариант II

С1.Чтобы фототок прекратился, должно выполняться условие: |e|U = m_ev²_max/2, где |e| - модуль заряда электрона, m_e – масса электрона. Запишем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: hν = A_вых + m_ev²_max/2. Учитывая, что ν = с/λ, hν₀ = A_вых, получим:

U = ( ≈ 1,4 В.

С2.Согласно постулатам Бора энергия фотона равна: hν = E₃ – E₁. Запишем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: hν = hν_кр + m_ev²_max/2, где учтено, что А_вых = hν_кр. Учитывая, что максимальный импульс фотоэлектрона равен р = m_еv_max и выше записанные выражения, получаем: р = ) ≈ 1,7•10^–24 кг•м/с.

С3.КПД электростанции находим по формуле: η = Е₁/Е₂, где Е₁ = Рt – энергия, вырабатываемая электростанцией, Е₂ = NE₀ – энергия, выделяющаяся в результате ядерных реакций деления ядер урана, Р – мощность электростанции, t – время работы электростанции, Е₀ – энергия, выделяющаяся в результате деления одного ядра урана, N – количество распавшихся ядер. Молярная масса урана-235 равна μ = 0,235 кг/моль, следовательно, число распавшихся ядер равно: N = mN_a/μ. Таким образом, решая полученную систему уравнений, находим КПД атомной электростанции: η = Рtμ/mN_aE₀ ≈ 0,2 или 20%.

С4.Частота фотона, поглощаемого атомом при переходе с одного уровня энергии на другой пропорциональна разности энергий этих уровней: ν_kn = (E_k – E_n)/h. Итак, можно записать следующие выражения: E₁ – E₃ = hν₁₃, E₂ – E₄ = hν₂₄, E₃ – E₂ = hν₃₂, E₁ – E₄ = hν₁₄. Решая полученную систему уравнений, получаем: ν₁₄ = ν₁₃ + ν₂₄ + ν₃₂. Длина волны фотонов, поглощаемых при переходе электрона с уровня Е₁ на уровень Е₄, равна:

λ₁₄ = с/( ν₁₃ + ν₂₄ + ν₃₂) ≈ 230 нм.

Схема анализа контрольной работы №4

«Строение атома и атомного ядра»

Дата проведения «____» ______________ 20___ .

Учитель __________________________________ . Класс __________________________________ .

Ассистенты _________________________________________________________________________.

Количество обучающихся по списку: _________ об.

Количество обучающихся, выполнявших работу: ______ об. ______ %.

Оценочная таблица

ФИ обучающегося	Номер задания							баллы		оценка
	В1	В2	С1	С2	С3	С4

Получили «5» (отлично): ______ об. _____ %.

Получили «4» (хорошо): ______ об. _____ %.

Получили «3» (удовлетворительно): ______ об. _____ %.

Получили «2» (неудовлетворительно): _____ об. _____ %.

Поэлементный анализ пробелов знаний:

1.Допускают ошибки в алгебраических расчётах и преобразованиях выражений: _____ об. ____ %.

2.Допускают ошибки при переводе единиц в СИ: _____ об. ______ %.

3.Не знают формул физических величин для их определения (задание В1): ______ об. ______ %.

4.Не понимают процессов, связанных с ядерными реакциями (задание В2): _____ об. _____ %.

5.Не умеют применять законы для внешнего фотоэффекта (задание 1): ________ об. ______ %.

6.Не умеют применять постулаты Бора для расчёта волновых и квантовых свойств микрочастиц (задания 2 и 4): _______ об. ______ %.

7.Не знают принципов работы атомных электростанций (задание 3): ______ об. _______ %.