9 класс

Задание №1: Ученик должен написать физическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в физическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

«Облака, облака - белогривые лошадки»

Они плывут над нашими головами из века в век не повторяясь никогда. То игривые барашки, то гигантские перья, то мрачные тяжелые валуны… Из чего состоят облака? Где они появляются?

Утренние облака недолговечны. Чуть пригреет их солнышко и они исчезают. Почему?

Облака далеко от нас и практически недосягаемы. Но не всегда далекое, иное, чем, то, что находится рядом. Кто бывал из вас внутри облака, даже не подозревая об этом? Как вы его называли?

Облака неоднородны. Среди них есть разрывы. Сами облака сохраняют свою форму достаточно долго. Почему облака имеют четкие очертания и не «рассыпается»? Кто проделывает среди них разрывы? Не кажется ли вам, что облака должны были бы распределяться по небесному своду более равномерно?

Капельки воды, из которых состоят облака, весомы. Почему же облака не падают? Что удерживает облако?

Если облака падают, то почему все они проплывают над нашими головами на одной и той же высоте, которая не изменяется в течение долгого времени? В какую погоду, холодную или жаркую, облака находятся на меньшей высоте? осенью или летом?

Редкий день нет облаков над нашими головами. Влияние их на погоду общеизвестно. Почему летом, когда небо безоблачно, становится жарко, а зимой, наоборот, морозно?

Самое большое благо – облака несут влагу, испарившуюся с поверхности океана! Циклоны рождаются над океаном, не дают пересохнуть рекам, а земле превратиться в безжизненную пустыню. Но почему дождевые или снеговые облака такие темные, мрачные?

Опытные люди легко могут предсказать дождь. Перед дождем становится душно и показания барометра «падают». Почему?

Дождь, льющийся с неба, несет жизнь всему живому. Почему один и тот же дождь в горах гораздо сильнее (сплошной стеной), чем в долинах? Почему в летнее время осадки выпадают обычно в виде дождя или града, но не снега?

Наиболее впечатляющи летние грозы. Буйство природы. Мощь стихии! Гром и молния! Ужас, сменяющийся чувством облегчения, неужто пронесло! Откуда в грозовых облаках берется электрический заряд? Объясните, почему в средних широтах грозы начинаются поздней осенью (в мае) и заканчиваются осенью?

После дождя или снегопада природа замирает, чтобы через некоторое время ожить и заявить о себе с удвоенной энергией. Почему зимой, когда выпадает снег, происходит потепление воздуха, а летом, после дождя воздух становится прохладнее? Почему после снегопада становится тихо?

Облака несут дожди и прохладу летом, а зимой снег и тепло. Солнце одаривает летом испепеляющей жарой, а зимой, перехватывающим дыхание и щиплющим за нос и уши, трескучим морозом. Но в любом случае, если на улице солнечная погода, наше настроение улучшается. Мы говорим, что сегодня на улице хорошая погода. Когда пасмурно, то, наоборот, мы считаем эту погоду плохой. С чего бы такое предубеждение? Задумайтесь об этом.

А напоследок хотелось бы привести мудрые строки Э. Рязанова:

У природы нет плохой погоды.

Всякая погода благодать.

Дождь ли снег – любое время года

Надо благодарно принимать.

Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.

Работа над ошибками

Почему параллельные провода, по которым текут одинаково направленные токи, всегда притягиваются, а электронные пучки могут отталкиваться?

1 вариант: Потому что провода имеют оболочку, а пучки нет.

2 вариант: Магнитное поле отталкивает. И в это время притягивает их. И так получается.

3 вариант: Ток – это упорядоченное движение каких-либо заряженных частиц, например электронов. Электроны могут иметь и отрицательный заряд, а могут положительный. Поэтому электронные пучки могут отталкиваться.

4 вариант: Потому что в параллельных проводах создается магнитное поле, в котором мы точно не определим северный полюс и южный, тогда мы положим, что с одной стороны проводов (с одной и той же) будет северный, а с другой южный полюса. Следовательно, они могут притягиваться. А в электронных пучках множество таких проводов. Следовательно, они могут отталкиваться.

5 вариант: Такой же принцип я заметил, если взять два листочка и подуть между ними, они притянутся друг к другу. Если пропустить ток по проводам, то они притянутся, благодаря своим магнитным полям.

6 вариант: Они притягиваются с помощью правила Буравчика. А отталкиваются, потому что двигаются в разных направлениях по правилу буравчика.

7 вариант: Параллельные провода, по которым текут одинаково направленные токи, всегда притягиваются, а электронные пучки всегда отталкиваются, потому что по параллельным проводам ток идет параллельно и упорядоченно, а в электронных пучках ток идет непараллельно и беспорядочно.

8 вариант: Они притягиваются, потому что они наэлектризованы, а пучки они всегда отталкиваются.

9 вариант: Потому что пучки могут быть разных зарядов, и поэтому отталкиваются.

10 вариант: Потому что в параллельных проводах ток направлен в одну сторону, а в электрических пучках, ток направлен в разные стороны, потому что параллельные провода всегда будут притягиваться, а пучки электронные отталкиваются.

Ответ Фасхетдинова Ильдара

(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)

Они плывут над нашими головами из века в век, не повторяясь никогда. То игривые барашки, то гигантские перья, то мрачные тяжелые валуны… Из чего состоят облака?

Облака состоят из скоплений в атмосфере продуктов конденсации водяного пара в виде огромного числа мельчайших капелек воды или кристалликов льда, либо тех и других.

Где они появляются? Чаще всего образование облаков происходит в результате восходящего движения воздуха. Подъем воздуха может быть вызван несколькими причинами. Воздух может подниматься в результате термической конвекции – подъем более теплого и легкого воздуха, нагретого от земной поверхности. Возможен и еще один способ облакообразования – турбулентный. В нижнем слое атмосферы толщиной 1 - 1,5 км на некоторой высоте иногда возникает слой замедленного падения температуры. Ниже слоя в результате интенсивного турбулентного перемешивания происходит перераспределение тепла и влаги, они переносятся вверх от подстилающей поверхности. В результате температура в подинверсионном слое понижается, а влажность увеличивается (водяной пар задерживается инверсионным слоем), что приводит к образованию облачности. Большую роль в облакообразовании играют аэрозольные частицы, которые всегда присутствуют в атмосфере. Это мельчайшие капельки солей и кислот, твердые частицы солей, пыли, дымов, почвы, споры растений и др. Концентрация аэрозолей очень изменчива и зависит как от погодных условий, так и от территории. В процессе облакообразования частицы аэрозолей служат ядрами, на которые конденсируется водяной пар при пересыщении с последующим образованием облачных капель и кристаллов.

Утренние облака недолговечны. Чуть пригреет их солнышко и они исчезают. Почему? Ночью на высоте становится холодно и когда наступает утро, солнце начинает нагревать земную поверхность и относительная влажность в воздухе, содержащем облака, убывает и облака испаряются.

Облака далеко от нас и практически недосягаемы. Но не всегда то, что кажется нам далеким, иное, чем, то, что находится рядом. Кто бывал из вас внутри облака, даже не подозревая об это? Мне кажется, что в облаке находились практически все люде на нашей планете. Как вы его называли? Я называл его туман. Ведь туман — это облако у поверхности земли. Нет никакой разницы между туманом и облаком в небе. Когда облако находится у поверхности земли или моря, мы называем его «туман». Обычно туман образуется по ночам и рано утром. Он связан с холодным потоком воздуха, который опускается на теплые поверхности суши или воды.

Облака неоднородны. Среди них есть разрывы. Сами облака сохраняют свою форму достаточно долго. Почему облака имеют четкие очертания и не «рассыпается»? Границы облака имеют определенные очертания, потому что теплые вертикальные потоки воздуха огибают облака и если часть облака попадет в область теплого воздуха то она просто испарится. Кто проделывает среди облаков разрывы? Разрывы среди облаков проделывают воздушные потоки ветра и конвективные потоки теплового воздуха поднимающегося от земли. Не кажется ли вам, что облака должны были бы распределятся по небесному своду более равномерно? Мне это не кажется, потому что, чем выше, тем давление меньше, в соответствии с этим они подразделяются на несколько видов: высокие, средневысокие, низкие и те, которые могут существовать на всех уровнях. Во-вторых, место возникновения облака, его размеры и форма определяется рельефом местности.

Капельки воды, из которых состоят облака, весомы. Почему же облака не падают? Потому что размер водяных пылинок, из которых состоят облака, чрезвычайно мал. Однако их поверхность значительна по сравнению с весом. Благодаря этому мельчайшие частицы воды обладают большой парусностью - их падение очень замедляется сопротивлением воздуха. Что удерживает облако? Облако удерживают воздушные течения, поднимающиеся вверх от земли, поддерживают облака на небе.

Если облака падают, то почему все они проплывают над нашими головами на одной и той же высоте, которая не изменяется в течение долгого времени? Облака в воздухе перемещаются по воздушному потоку. Направление и высота воздушных потоков зависят от распределения давления на поверхности земли. Ниже облака опуститься не могут, потому что, опускаясь, они попадают в область теплого воздуха, испаряются и вновь вместе с потоками теплого воздуха подымаются вверх. В какую погоду, холодную или жаркую, облака находятся на меньшей высоте? Осенью или летом? В холодную погоду облака находятся на меньшей высоте. Мы уже говорили выше, что высоту облака определяют тёплые потоки воздуха, а когда на улице холодно, то облака, соответственно, опускаются на более низкую высоту, где температура настолько высока, что дальнейшее опускание облака приводит к его испарению. Осенью, чаще всего, в отличие от лета, стоит холодная и пасмурная погода, поэтому облака осенью оказываются ниже, чем летом.

Редкий день нет облаков над нашими облаками. Влияние их на погоду общеизвестно. Почему летом, когда безоблачно, становится жарко, а зимой, наоборот, морозно? Летом снега нет и цвет нашей Земли тёмного цвета. А когда на небе безоблачно, то ничто не мешает солнечным лучам дойти до земли. А как вы знаете, что тёмные цвета поглощают солнечные лучи и на земле становится жарко. Зимой выпадает снег, а снег как вы знаете белого цвета. Белый цвет не поглощает, а наоборот отражает солнечные лучи. Когда на небе безоблачно, то солнечные лучи отражаются, улетают в космос. Земля не получает энергии и охлаждается.

Самое большое благо – облака несут влагу, испарившуюся с поверхности океана! Циклоны рождаются над океаном, не дают пересохнуть рекам, а земле превратиться в безжизненную пустыню. Но почему дождевые или снеговые облака такие тёмные, мрачные? Дождевые облака — это тучи. Они темного цвета, поскольку капельки воды (или ледяные кристаллы), из которых они состоят, перемещаясь вместе с восходящими теплыми потоками и опускаясь с холодными, увеличились в размерах, стали крупными и, в тоже время, наэлектризовались. Поэтому солнечный свет, представляющий собой электромагнитную волну, отражается от проводящей поверхности дождевого облака.

Опытные люди легко могут предсказать дождь. Перед дождём становится душно и показания барометров «падают». Почему? Высокую температуру легче переносить в сухом воздухе. Чтобы не перегреться, организму в жару надо сильно потеть. Однако при высокой влажности пот не будет высыхать и не даст охлаждения тела, а перед дождем воздух сильно насыщен влагой, и нам становится душно. При одинаковом давлении и температуре 1 кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха! Дело в том, что давление каждой составной части газовой смеси меньше её общего давления, которое и для сухого и для влажного воздуха одинаковое. А при уменьшении давления уменьшается и вес единицы объема газа. Поэтому показания барометра падают.

Дождь, льющийся с неба, несёт жизнь всему живому. Почему один и тот же дождь в горах гораздо сильнее (сплошной стеной), чем в долинах? Воздух, движущийся по земной поверхности, встретив на своем пути горы, вынужден подниматься по ним и при этом адиабатически охлаждаться. В этом случае на наветренных склонах гор выпадают осадки. К тому времени, когда воздух переваливает через вершины горного хребта и начинает опускаться по подветренной его стороне, он успевает потерять значительную часть содержавшегося в нем ранее водяного пара, получив при этом скрытую в паре теплоту конденсации. Далее он нагревается вследствие сжатия, которое происходит, когда он опускается по подветренному склону. Таким образом, воздух на подветренных склонах оказывается очень теплым и сухим. Подветренные склоны попадают в так называемую дождевую тень, и климат здесь становится до некоторой степени похожим на климат пустынь. Почему в летнее время осадки выпадают обычно в виде дождя или града, но не снега? Ведь когда идёт дождь, то падают капли, а когда снег - снежинки!
Тем не менее, разницы никакой. И в первом, и во втором случае на землю падают ледяные кристаллы, которые летом тают в воздухе и конденсируются в капли, а зимой они падают как есть.

Наиболее впечатляющи летние грозы. Буйство природы. Мощь стихии! Гром и молния! Ужас, сменяющийся чувством облегчения, неужто пронесло! Откуда в грозовых облаках берётся электрический заряд? Нагретый и увлажненный слой воздуха у земной поверхности становится легче воздуха в вышерасположенных слоях и стремится подняться вверх. В каком-либо месте он пробивает себе путь наверх и устремляется в это окно. Как только окно появилось, весь нагретый и увлажненный воздух с большой площади земной поверхности уходит через это окно вверх, образуя облако вертикального развития или грозовое облако. Но вместе с этим воздухом в грозовое облако поднимаются и все отрицательные заряды, прикрепленные к молекулам водяного пара.
Образуется огромный пузырь из теплого и влажного воздуха, заряженного отрицательным электричеством. Именно этот заряженный воздушный пузырь является тем высоковольтным генератором электричества, который питает молнии.

Объясните, почему в средних широтах грозы начинаются поздней весной (в мае) и заканчиваются осенью? Для накопления достаточно большого заряда в облаках необходимо, что бы воздух был достаточно сух (низкой относительной влажностью), что возможно в теплую погоду и после длительного периода без дождей. И, самое главное, только при большом перепаде температуры в атмосфере (в нижних слоях атмосферы тепло, а в верхних холодно) создаются условия для возникновения конвективных восходящих потоков теплого воздуха и нисходящих потоков холодного воздуха, что приводит, в результате их трения, к электризации капелек и кристалликов льда в грозовой туче.

После дождя или снегопада природа замирает, чтобы через некоторое время ожить и заявить о себе с удвоенной энергией. Почему зимой, когда выпадает снег, происходит потепление воздуха, а летом, после дождя воздух становится прохладнее?
Если зимой придёт область низкого давления - с облачностью, ветрами снегом и метелью, то начинает теплеть. Причина - циклон несёт с собой и тёплый воздух, поэтому теплеет, а в происходящий процесс сублимации (образования кристаллов снега) вызывает выделение огромного количества так называемого "скрытого тепла парообразования" (это то тепло, которое было затрачено на испарение водяного пара). Поэтому при приходе циклона зимой на смену антициклона теплеет.

Свежесть и прохлада в воздухе после летнего дождя - признак присутствия озона, видоизмененного кислорода. Особенно много бывает озона в воздухе после грозы. Молния - мощный электрический разряд - ионизирует воздух, превращая его в озон. Ну, и, конечно, не стоит забывать о "влажной уборке" городских улиц. Пылинки, подвешенные в воздухе, прилипают к каплям дождя и оседают на землю. Становится прохладнее, воздух очищается, становится легче дышать. Почему после снегопада становится тихо? Между пушинками свежевыпавшего снега существуют маленькие полости, благодаря которым такой снег поглощает звук так же, как звукопоглощающие покрытия в современных служебных помещениях. По мере уплотнения снега поглощение звука в нем ослабевает. Свежевыпавший снег не уменьшает радиуса слышимости: по-видимому, он поглощает в основном высокие частоты, делая городские звуки болee глухими.

Облака несут дожди и прохладу летом, а зимой снег и тепло. Солнце одаривает летом испепеляющей жарой, а зимой, перехватывающим дыхание и щиплющим за нос и уши, трескучим морозом. Но в любом случае, если на улице солнечная погода, наше настроение улучшается. Мы говорим, что сегодня на улице хорошая погода. Когда пасмурно, то, наоборот, мы считаем эту погоду плохой. С чего бы такое предубеждение?

В солнечный день человек полон энергии и готов делать всё что угодно, чтобы выпустить эту энергию на волю. В пасмурную погоду на людей нападает какая-то апатия ко всему. Им хочется только чтобы их оставили в покое, а не забирали остатки той энергии, которая осталась после солнечных деньков. Получается, что настроение человека зависит от энергии. А солнце, этот гигантский источник света и тепла, является самым мощным зарядным устройством для людей. Задумайтесь об этом.

А напоследок хотелось бы привести мудрые строки Э. Рязанова:

У природы нет плохой погоды.

Всякая погода благодать.

Дождь ли снег – любое время года

Надо благородно принимать.

Задание №2: Необходимо дать объяснение, в чем суть допущенных физических ошибок и дать свой правильный ответ, если среди предложенных вариантов нет правильного ответа.

Работа над ошибками

Почему параллельные провода, по которым текут одинаково направленные токи, всегда притягиваются, а электронные пучки могут отталкиваться?

Ответ на задание Фасхетдинова Ильдара

(ученик МАОУ «Гимназия №7» г. Перми)

Правильный ответ: Проводники притягиваются, так как магнитное поле одного проводника действует на движущиеся в другом заряды. Электронные пучки отталкиваются, так как взаимодействие одноименных зарядов оказывается сильнее.

1 вариант: Потому что провода имеют оболочку, а пучки нет.

Этот вариант ответа неправильный. Так как оболочка не влияет на притягивание проводов. Ведь оболочка кабеля предназначена для защиты проводников и изоляторов от внешних воздействий, прежде всего от влаги, которая приводит к нарушению изоляции электрических кабелей, а также помутнению оптических волокон.

2 вариант: Магнитное поле отталкивает. И в это время притягивает их. И так получается.

Этот вариант ответа неправильный. Так как магнитно поле не может одновременно притягивать и отталкивать. Не возможно понять, что подразумевается под словом их – провода это или пучки.

3 вариант: Ток – это упорядоченное движение каких-либо заряженных частиц, например электронов. Электроны могут иметь и отрицательный заряд, а могут положительный. Поэтому электронные пучки могут отталкиваться.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что ток не притягивает и не отталкивает. Значение имеет магнитное поле.

4 вариант: Потому что в параллельных проводах создается магнитное поле, в котором мы точно не определим северный полюс и южный, тогда мы положим, что с одной стороны проводов (с одной и той же) будет северный, а с другой южный полюса. Следовательно, они могут притягиваться. А в электронных пучках множество таких проводов. Следовательно, они могут отталкиваться.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что магнитные линии магнитного поля тока в проводнике представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник. А на рисунке показано магнитное поле постоянного магнита.

5 вариант: Такой же принцип я заметил, если взять два листочка и подуть между ними, они притянутся друг к другу. Если пропустить ток по проводам, то они притянутся, благодаря своим магнитным полям.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что этот эксперимент характеризует зависимость давления от скорости газов. А это ничем не связано с магнитными явлениями.

6 вариант: Они притягиваются с помощью правила Буравчика. А отталкиваются, потому что двигаются в разных направлениях по правилу буравчика.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что это правило определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле, не причину притягивания проводов и отталкивания пучков.

7 вариант: Параллельные провода, по которым текут одинаково направленные токи, всегда притягиваются, а электронные пучки всегда отталкиваются, потому что по параллельным проводам ток идет параллельно и упорядоченно, а в электронных пучках ток идет непараллельно и беспорядочно.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что все это было дано в условии вопроса и ток не может идти беспорядочно, ток - это упорядоченное движение каких-либо заряженных частиц.

8 вариант: Они притягиваются, потому что они наэлектризованы, а пучки они всегда отталкиваются.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что пучки тоже наэлектризованы, и они могут также притягиваться и отталкиваться.

9 вариант: Потому что пучки могут быть разных зарядов, и поэтому отталкиваются.

Этот вариант ответа неправильный. Этого быть не может. Потому что если пучки были бы разных разрядов, они бы притягивались, а не отталкивались.

10 вариант: Потому что в параллельных проводах ток направлен в одну сторону, а в электрических пучках, ток направлен в разные стороны, потому что параллельные провода всегда будут притягиваться, а пучки электронные отталкиваются.

Этот вариант ответа неправильный. Потому что притягивание проводников и отталкивание пучков связано с магнитным полем.