Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д21 C1 № 25296
i

Зима в этом году ока­за­лась не­обык­но­вен­но снеж­ной, с ча­сты­ми силь­ны­ми сне­го­па­да­ми и ред­ки­ми от­те­пе­ля­ми. На фо­то­гра­фи­ях видны торцы пла­стов снега на кры­шах в конце фев­ра­ля 2021 г. По этим фо­то­гра­фи­ям можно иден­ти­фи­ци­ро­вать про­цес­сы, вли­я­ю­щие на из­ме­не­ние тол­щи­ны слоя снега с те­че­ни­ем вре­ме­ни. В ин­тер­не­те также можно найти не­пол­ные дан­ные о вы­со­те снеж­но­го по­кро­ва h в Москве и о его при­ро­сте \Delta h на раз­ные ка­лен­дар­ные даты (см. таб­ли­цу). По­строй­те при­бли­зи­тель­но гра­фик за­ви­си­мо­сти вы­со­ты h снеж­но­го по­кро­ва в Москве от вре­ме­ни t (в днях) за три ме­ся­ца зимы  — де­кабрь, ян­варь и фев­раль 2020/21 года, и объ­яс­ни­те ход этого гра­фи­ка. Объ­яс­не­ния долж­ны ба­зи­ро­вать­ся на фи­зи­че­ских про­цес­сах, про­ис­хо­дя­щих в снегу после его вы­па­де­ния под дей­стви­ем вы­ше­ле­жа­щих слоев, от­те­пе­лей и до­ждей. Ис­поль­зуя по­стро­ен­ный гра­фик, оце­ни­те сред­нюю ско­рость роста тол­щи­ны снеж­но­го по­кро­ва за зиму.

 

 

Дата\Delta h, смh, смПри­ме­ча­ние
01.12.20 0После теп­лых дней в но­яб­ре
06.12.2013После обиль­но­го сне­го­па­да
15.12.206
17.12.2010Силь­ный сне­го­пад, потом от­те­пель
25.12.20По­до­шел цик­лон «Грета»
26.12.2016После сне­го­па­да
31.12.2010От­те­пель до 04.01.21

14.01.21 30После не­сколь­ких не­боль­ших сне­го­па­дов
16.01.211040Один мощ­ный сне­го­пад
23−29.01 16От­те­пель
31.01.2138После силь­но­го сне­го­па­да
04.02.2110
10.02.2133
12−14.0260Ре­корд­ный сне­го­пад
24−25.0210Силь­ный сне­го­пад
27.02.21−10После от­те­пе­ли с до­ждем

 

Чтобы крыша дома не рух­ну­ла под тя­же­стью снега, можно, на­при­мер, рас­пла­вить его го­ря­чей водой или с по­мо­щью элек­тро­на­гре­ва­те­лей. Срав­ни­те за­тра­ты на рас­плав­ле­ние пло­ща­ди S  =  100 м2 слоя сле­жав­ше­го­ся снега тол­щи­ной hс  =  70 см, на­хо­дя­ще­го­ся при тем­пе­ра­ту­ре Tс  =  –10 °C и име­ю­ще­го плот­ность \rho=400кг/м в кубе , этими двумя спо­со­ба­ми. Го­ря­чая вода из-⁠под крана имеет тем­пе­ра­ту­ру Tв  =  +60 °C и стоит сей­час 205,15 руб./м3, а элек­тро­энер­гия  — 5,66 руб./(кВт · час).

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

1.  По­стро­им гра­фик за­ви­си­мо­сти h(t). Из фо­то­гра­фий и из таб­ли­цы сле­ду­ет, что слои снега на­ра­щи­ва­лись в те­че­ние всех трех ме­ся­цев зимы, при­чем в де­каб­ре снега вы­па­ло не очень много, и он под­та­и­вал и сжи­мал­ся под весом сле­ду­ю­щих пор­ций. Не­за­дол­го до Но­во­го года был сне­го­пад и потом от­те­пель, и это видно по про­слой­ке льда в ниж­ней части фо­то­гра­фий. В ян­ва­ре было два силь­ных сне­го­па­да, сме­няв­ших­ся силь­ны­ми от­те­пе­ля­ми, когда слой вы­пав­ше­го снега быст­ро уплот­нял­ся, но на него снова падал снег, и потом таял, и осад­ков было выше нормы. На вто­рой фо­то­гра­фии хо­ро­шо видна ле­дя­ная про­слой­ка, об­ра­зо­вав­ша­я­ся в конце ян­ва­ря из-⁠за дождя. В фев­ра­ле (12−14.02) был почти ре­корд­ный сне­го­пад, когда вы­па­ло около 60 см снега, потом еще один силь­ный сне­го­пад, а затем  — рез­кая от­те­пель, и много снега рас­та­я­ло. На гра­фи­ке h(t) изоб­ра­жен при­бли­зи­тель­ный ход из­ме­не­ния тол­щи­ны слоя снега в Москве за зиму 2020/21 г. Видно, что сред­няя ско­рость при­ро­ста вы­со­ты снеж­но­го по­кро­ва за зиму со­став­ля­ет около 10 см/день.

2.  Оце­ним за­тра­ты на рас­плав­ле­ние слоя снега объ­е­мом S умно­жить на h_c=100 умно­жить на 0,7м в кубе =70м в кубе и мас­сой m_c=\rho умно­жить на S умно­жить на h_c=28000кг, на­хо­дя­ще­го­ся при тем­пе­ра­ту­ре Tc  =  −10 °C, двумя пред­ло­жен­ны­ми спо­со­ба­ми. Энер­го­за­тра­ты для плав­ле­ния снега со­став­ля­ют, оче­вид­но, Q=c_лm_с\Delta T_с плюс \lambda m_с=2,1 умно­жить на 10 в кубе умно­жить на 28000 умно­жить на 10 плюс 3,3 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 5 умно­жить на 28000=9828 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 6 Дж. Здесь cл и \lambda  удель­ная теп­ло­ем­кость льда (снега) и удель­ная теп­ло­та плав­ле­ния льда.

3.  От воды при ее охла­жде­нии до 0 °C нужно по­лу­чить такое же ко­ли­че­ство теп­ло­ты: Q=c_в m_в\Delta T_в=c_в\rho_в V_в\Delta T_в (cв и mв  — удель­ная теп­ло­ем­кость и масса воды). По­это­му надо будет ис­поль­зо­вать объем го­ря­чей воды

V_в= дробь: чис­ли­тель: Q, зна­ме­на­тель: b левая круг­лая скоб­ка c_в\rho_в\Delta T_в пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 9828 умно­жить на 10 в сте­пе­ни 6 , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 4200 умно­жить на 1000 умно­жить на 60 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби =39м в кубе ,

и он будет сто­ить 39 умно­жить на 205,15\approx 8001рублm.

4.  1 кВт · час  =  1000 Вт · 3600 с  =  3,6 · 106 Дж, по­это­му сто­и­мость элек­тро­энер­гии для плав­ле­ния снега будет равна

 дробь: чис­ли­тель: 9828, зна­ме­на­тель: 3,6 конец дроби умно­жить на 5,66\approx 15452рубля.

Таким об­ра­зом, пла­вить снег го­ря­чей водой почти в два раза де­шев­ле, чем элек­тро­энер­ги­ей! Обыч­но так и де­ла­ют.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
При­ве­де­но пол­ное пра­виль­ное ре­ше­ние, вклю­ча­ю­щее пра­виль­ный ответ (в дан­ном слу­чае: п. 3 и п. 4) и ис­чер­пы­ва­ю­щие вер­ные рас­суж­де­ния с пря­мым ука­за­ни­ем на­блю­да­е­мых яв­ле­ний и за­ко­но­мер­но­стей: (в дан­ном слу­чае: ход гра­фи­ка объ­яс­ня­ет­ся ро­стом снеж­но­го по­кро­ва из-⁠за сне­го­па­дов, даль­ней­шим уплот­не­ни­ем снега из-⁠за на­груз­ки новых вы­па­да­ю­щих слоев, та­я­ни­ем снега при от­те­пе­лях и его смер­за­ни­ем при по­сле­ду­ю­щих мо­ро­зах)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 балл3

Аналоги к заданию № 25259: 25296 Все

Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: