"Интеллектуальные задачи по физике"

Всероссийский конкурс педагогического мастерства для школьных учителей

«Интеллектуальные задачи по физике и астрономии»

Автор:

Товарнова Ольга Юрьевна

преподаватель отдельной дисциплины

физика, химия, биология

Федерального государственного казённого

общеобразовательного учреждения

«Санкт-Петербургское суворовское военное училище

Министерства обороны Российской Федерации»

Пояснительная записка

Работа по физике составлена для учащихся 9 класса по теме: «Механические волны. Звук». Задания разработаны для урока решения задач и направлены на активизацию познавательной деятельности, способствуют развитию их творческих способностей, повышению мотивации к изучению предмета.

В 9 классе учащиеся успешнее и охотнее выполняют письменные работы, в которых им предлагаются не только учебные задачи, но и задачи практического характера, содержание которых расширяют их кругозор, развивают интеллект, формируют экологическое мышление. Именно такие работы дают возможность учащимся самореализоваться. Данная работа содержит задания, выполнение которых привлекает учащихся к разным видам деятельности: работе с табличными данными, извлечению и применению информации из текста, решению задач практического характера. К каждому заданию имеется инструкция к выполнению и записи ответы.

Инструкция по выполнению работы

Работа состоит из четырёх частей, включающих в себя 18 заданий. Первая часть - работа с текстом. Вторая часть – задания базового уровня. Третья часть – задания повышенного и высокого уровня сложности. Четвёртая часть – задания для домашней работы.

В заданиях №1, №2, №3, №4, №5 необходимо внимательно прочитать текст и выполнить задания, используя при этом информацию из текста. Ответ запишите в поле ответа в тексте работы.

Ответом к заданиям №6, №7 является число. При вычислениях учитывайте единицы измерения. Запишите ответ в поле ответа в тексте работы.

Ответом к заданиям №8, №9, №10 является одна цифра, которая соответствует номеру правильного ответа.

Ответом к заданиям №11 является последовательность цифр. Последовательность цифр записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов.

Для заданий №12, №13, №14 необходимо записать полное решение, включающее запись краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты, приводящие к числовому ответу.

Задания №15, №16, №17, №18 требуют развернутого ответа – рассуждения в письменном виде и предлагаются в качестве домашней работы. Полный ответ должен содержать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

Желаем удачи!

Часть 1

В заданиях №1, №2, №3, №4 необходимо прочитать текст и выполнить задания

Задание №1

Всем известно, что многие насекомые   могут издавать звуки: одни жужжат, другие скрипят, свистят и даже поют... На Востоке много сотен лет назад держали в специальных клеточках некоторые виды цикад, чтобы те услаждали слух богатых вельмож своими песнями.

Бабочка-махаон совершает примерно 6 взмахов в секунду, траурница - 10. в полете бабочки-бражники делают 50 взмахов крыльями в секунду. "Звучат" и летающие жуки: майский жук, совершая 40 взмахов крыльями в секунду, жук-навозник - 85, а божьи коровки в полете взмахивают крыльями до 100 раз в секунду. Летающие стрекозы и слепни "звучат" благодаря 150 взмахам в секунду. Осы, в зависимости от вида примерно 250, шмели до 340. Пчелы работают крыльями еще активнее - до 450 взмахов в секунду, но нагрузившись медом, делают до 330 взмахов и гудят пониже. Рекордсменами по "скороговорению крыльями" по праву считают комаров до 1000 взмахов в секунду. При такой частоте издаваемый звук становится неприятным для нашего уха.

Задание А). Заполните таблицу, определив частоту и длину излучаемых звуковых волн, насекомыми упомянутыми в статье. (Скорость звуковой волны в воздухе 340 м/с)

Найти отношение длины волны бабочки – махаон к длине волны, излучаемой комаром

Ответ ________

Задание №2 

Эхолокация (эхо и лат. locatio — «положение») — способ, при помощи которого положение объекта определяется по времени задержки возвращений отражённой волны. Если волны являются звуковыми, то это звуколокация, если радио — радиолокация.

Самая глубокая точка Марианской впадины — «Бездна Челленджера» . В 1951 году английская экспедиция на научно-исследовательском судне «Челленджер» с помощью эхолота зафиксировала максимальную глубину. Трудность измерения состоит в том, что скорость звука в воде зависит от её свойств, которые различны на разных глубинах, поэтому эти свойства также должны быть определены на нескольких горизонтах специальными приборами (такими, как батометр и термометр), и в значение глубины, показанное эхолотом, внесена поправка. Последние исследования 2011 года дают значение — 10 994 метров с точностью ±40 метров. Скорость ультразвука при различных значениях температуры воды и атмосферном давлении приведена в таблице. 

Задание. Определите промежуток времени между посылом сигнала и его возвращением, если средняя температура воды 4 0С. (Ответ округлить до десятых)

Ответ _______________ с

Задание №3 

Открытие эхолокации связано с именем итальянского естествоиспытателя Ладзаро Спалланцани. Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате (где оказываются беспомощными даже совы), не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими. Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором залепил воском уши летучих мышей, — и зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху. Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя — короткие ультразвуковые сигналы в то время ещё было невозможно зафиксировать.

Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Летучие мыши производят ультразвук разного частотного диапазона в зависимости от вида. При этом даже у одного вида частота меняется с течением времени: в начале 140 кГц, а потом 40 кГц.

Гриффин предложил название эхолокация (по аналогии с радиолокацией) для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука.

Задание. Использую данные из текста определите с точностью до десятых минимальную длину волны, излучаемую летучими мышами

Ответ ________ мм 

Задание №4

Сигнал SOS — международный сигнал бедствия в радиотелеграфной связи. Сигнал представляет собой последовательность «три точки — три тире — три точки». Важно, что буквенная запись сигнала бедствия в официальных документах имеет вид SOS (с чертой наверху), это означает, что сигнал передаётся без межбуквенных интервалов. Буквенное сочетание является произвольно выбранным, поскольку данная последовательность удобна для запоминания. Фразы, за аббревиатуру которых сигнал ошибочно принимается, такие как Save Our Souls/Save Our Spirits (спасите наши души), Save Our Ship (спасите наш корабль), Swim Or Sink (плывите или утонем), Stop Other Signals (прекратите другие сигналы) (а также русское «Спасите От Смерти», «Сигнал Особой Срочности»), тоже появились уже после того, как сигнал стал использоваться в международной практике. 1 февраля 1999 решением Международной морской организации сигнал (. . . — — — . . .) заменен автоматизированной системой оповещения о бедствии — GMDSS. В связи с этим значение сигнала «SOS» уменьшилось, хотя он по-прежнему может применяться. 

Задание. По международному соглашению длина волны, на которой суда передают сигнал бедствия SOS, равна 600 м. Скорость электромагнитной волны в воздухе составляет 300000 км/с. Частота передаваемого сигнала равна

Ответ _____________ кГц

Задание №5

История создания ультразвуковой диагностики начинается с 1941 года. Ультразвуковая диагностика основывается на пьезоэлектрическом эффекте. Это способность некоторых веществ (кварц, барий) отражать и испускать ультразвуковые волны под действием электрического тока. Из таких веществ сделан датчик аппарата УЗИ, или трансдьюсер. Принцип работы ультразвукового аппарата — акустическое сопротивление. Ткани, из которых построены все органы человеческого тела, обладают разной плотностью. Из-за этого они отражают ультразвук с разной скоростью. Жидкости его не отражают, а поглощают.

Отраженные волны с помощью компьютера преобразовываются в изображение. Кости и хрящи на снимке представлены белым цветом. Ткани с умеренной плотностью, то есть почти все внутренние органы — светло-серым или темно-серым. Жидкости и воздух окрашены черным цветом. Такое изображение называется сонограммой.

В современных ультра­звуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 МГц и выше. Скорость распространения ультразвука определяется плотностью среды.

Ткань	Скорость распространения ультразвука   в мм/мкс	Ткань	Скорость распространения ультразвука   в мм/мкс
Мозг	1,51	Жировая ткань	1,45
Печень	1,55	Кости	4,08
Почки	1,.56	Кровь	1,57
Мышцы	1,58	Воздух	0,33

Задание. Ответьте на вопросы:

А. Основой ультразвукового метода исследования является:
1. визуализация органов и тканей на экране прибора
2. взаимодействие ультразвука с тканями тела человека
3. прием отраженных сигналов
4. излучение ультразвука
5. серошкальное представление изображения на экране прибора

Б. Скорость распространения ультразвука возрастает, если:
1. плотность среды уменьшается
2. плотность среды возрастает

В. Скорость распространения ультразвука определяется:
1. частотой
2. амплитудой
3. средой
4. периодом
5. длиной волны

Г. Длина волны в мягких тканях с увеличением частоты:
1. уменьшается
2. остается неизменной

3. увеличивается

Ответы внесите в таблицу    

А	Б	В	Г

Часть 2

Ответом к заданиям №6, №7 является число. Учитывайте единицы измерения. В которых необходимо представить ответ. Запишите ответ в поле ответа в тексте работы. Ответом к заданиям №8, №9, №10 является одна цифра, которая соответствует номеру правильного ответа. Ответом к заданиям №11 является последовательность цифр. Последовательность цифр записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов. 

Задание №6 Длина звуковой волны в воде 8 м, а её скорость 1500 м/с. Определите длину волны при переходе её в воздух, если ско­рость звука в воздухе 340 м/с? (Ответ округлить до десятых).

Ответ ______________ м

Задание №7 Эхо, вызванное оружейным выстрелом, дошло до стрел­ка через 2 с после выстрела. Определите расстояние до преграды, от которой произошло отражение, если ско­рость звука в воздухе 340 м/с.

Ответ ___________ м

Задание №8 Необходимо экспериментально установить, зависит ли частота колебаний пружинного маятника от жёсткости пружины. Какую из указанных пар маятников можно использовать для этой цели?

1) А и Б         2) А и В           3) А и Г             4) Б и В

Ответ ______________________

Задание №9 Необходимо экспериментально установить зависимость периода колебаний математического маятника от длины нити. Какие из предложенных на рисунке маятников подходят для этого опыта?

           1) А и Б       2) Б и В      3) А и Г      4) А и В

Ответ ____________________

Задание № 10 Какие изменения отмечает человек в звуке при увели­чении амплитуды колебаний в звуковой волне?

1) повышение высоты тона 3) понижение высоты тона 5) изменений нет

2) повышение громкости 4) уменьшение громкости

Ответ _________________________________

Задание №11 Как изменится значение периода колебаний нитяного маятника, если установку перемещать в лифте:

К каждой позиции первого столбца подберите нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Для заданий с номерами 12, 13, 14 необходимо записать полное решение, включающее запись краткого условия задачи, запись формул, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты, приводящие к числовому ответу.

Задание №12 В безветренную погоду на озере из лодки сбросили тяжёлый якорь. От места бросания пошли волны. Стоящий на берегу человек заметил, что волна дошла до него через 20 с, расстояние между соседними гребнями волн 40 см, а за 4 с было 10 всплесков волны о берег. Рассчитайте, как далеко от берега находилась лодка.

Ответ _______________ м

Задание №13 Самолёт летит горизонтально с постоянной скоростью. Когда наблюдатель слышит, что самолёт находится над ним, он видит его под углом 600 к горизонту. Какова скорость самолёта? Скорость звука в воздухе принять равной 340 м/с. (Ответ округлить до целых)

Ответ ________________ м/с 

Задание №14 В море на небольшой глубине произведён взрыв. Гидроакустики корабля, находящегося на некотором расстоянии от места взрыва, зафиксировали два звуковых сигнала, второй через 1,5 с после первого. Глубина моря в этом районе 2000 м. На каком расстоянии от места взрыва находился корабль? Скорость звука в воде принять равной 1500 м/с. (Ответ округлить до десятых)

Ответ ________________ км

3 часть

Домашнее задание

Задания №15, №16, №17, №18 представляет собой вопрос, на который необходимо дать письменный ответ. Полный ответ должен содержать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

Задание №15

Американские ученые обнаружили, что тигры используют для коммуникации друг с другом не только рев, рычание и мурлыканье, но также и инфразвук. Они проанализировали частотные спектры рычания представителей трех подвидов тигра – уссурийского, бенгальского и суматрского – и обнаружили в каждом из них мощную инфразвуковую компоненту. По мнению ученых, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 км, поскольку распространение инфразвуковых сигналов менее чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности. 

Как ты считаешь, в чем отличие ультразвука и инфразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком? ______________________________________________

________________________________________________________________________

Почему инфразвук, в отличие от обычного звука, позволяет тиграм общаться на столь далеких расстояниях? ______________________________________________________

__________________________________________________________________________

Какие известные вам свойства волн проявляются в данном случае? __________________________________________________________________________

Задание №16

Обычно для обозначения того, что мы слышим, используются два близких по смыслу слова: «звук» и «шум».
Звук – это физическое явление, вызванное колебательным движением частиц среды.
Шум – представляет собой хаотичное, нестройное смешение звуков, отрицательно действующее на нервную систему. Воздействие шума на человека определяется его уровнем (громкостью, интенсивностью) и высотой составляющих его звуков, а также продолжительностью воздействия. Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Транспортный или производственный шум действует угнетающе на человека — утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только такой шум смолкает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.

Сравните громкость звука плеера с техническими устройствами, указанными в таблице.

__________________________________________________________________________

Согласен ли, ты с выводами скандинавских ученых, которые считают, что каждый пятый подросток плохо слышит, хотя и не всегда догадывается об этом? _________________

__________________________________________________________________________

Задание №17

Как опытный пчеловод может на слух по жужжанию пчел установить, летят ли они за добычей или возвращаются в улей с нектаром? (Сформулируйте ответ в письменном виде. Полный ответ должен содержать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование)

Ответ ___________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Задание №18

На лодку набегает волны, поднятые проходящим мимо теплоходом. Предложите способ определения длины волны.

Ответ ____________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Ответы:

Критерии выставления оценок: Максимальный балл - 23