Тип Д21 C1 № 10365 
МКТ — квантовая физика, качественная задача. Квантовая физика
i
Если зимой в мороз открыть форточку на улицу, то контуры наружных предметов — домов, деревьев, людей — при наблюдении из комнаты кажутся колеблющимися и искажаются. Объясните это явление, исходя из известных физических законов и закономерностей, и оцените, насколько отличаются показатели преломления n воздуха на улице при температуре около −20 °C и воздуха, выходящего из форточки при температуре +20 °C. Известно, что показатель преломления газа при нормальных условиях отличается от единицы на малую величину, пропорциональную концентрации молекул газа. В частности, для воздуха при 0 °C разность n – 1 ≈ 3 · 10−4. Давление в комнате и на улице считайте приблизительно одинаковым.
Решение. 1. Теплый и холодный воздух имеет разные показатели преломления. Дрожание контуров наружных предметов связано с явлением преломления света на нестабильной границе холодного уличного воздуха и потока теплого воздуха, выходящего из комнаты. Поскольку углы падения света на границу холодного и теплого воздуха меняются, то, согласно закону преломления света, меняются и углы преломления, и изображения предметов искажаются и дрожат.
2. Добавка к единице в показателе преломления газа пропорциональна концентрации N молекул газа, которая в силу уравнения Клапейрона–Менделеева равна 
где p — давление, практически одинаковое для воздуха снаружи и в потоке из форточки, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, различающаяся в потоке газа и на улице.
3. Таким образом, 
где A — некоторый коэффициент пропорциональности, который можно определить, зная из условия значение этой разности при 0 °C: 
так что 
4. В комнате при +20 °C 
На улице при –20 °C 
Искомая разность, следовательно, равна 
Спрятать критерииКритерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ, и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и закономерностей. | 3 |
| Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеются один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.) И (ИЛИ) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И (ИЛИ) В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. | 2 |
| Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. ИЛИ Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи. | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
