Задачи по физике с акцентом на функциональную грамотность

Несколько задач по физике с акцентом на функциональную грамотность, вместе с решениями и объяснениями, которые помогут понять, как применять физические знания в реальных ситуациях.

Задача 1: Энергосбережение в доме

Ситуация: Семья Ивановых решила снизить свои счета за электроэнергию. Они рассматривают два варианта:

1. Заменить все обычные лампочки накаливания (60 Вт каждая) на светодиодные (10 Вт каждая). В доме 10 лампочек, которые горят в среднем 4 часа в день.

2. Установить солнечные панели на крышу. Панели могут обеспечивать 5 кВт⋅ч энергии в день.

Стоимость 1 кВт⋅ч электроэнергии составляет 5 рублей.

Вопросы:

• Сколько денег в год семья сможет сэкономить, заменив лампочки?

• Через сколько лет установка солнечных панелей окупится, если их стоимость составляет 50 000 рублей?

Решение:

1. Экономия на лампочках:

   • Мощность, потребляемая старыми лампочками в день: 60 Вт/лампа * 10 ламп * 4 часа = 2400 Вт⋅ч = 2.4 кВт⋅ч

   • Мощность, потребляемая светодиодными лампочками в день: 10 Вт/лампа * 10 ламп * 4 часа = 400 Вт⋅ч = 0.4 кВт⋅ч

   • Экономия в день: 2.4 кВт⋅ч - 0.4 кВт⋅ч = 2 кВт⋅ч

   • Экономия в деньгах в день: 2 кВт⋅ч * 5 руб/кВт⋅ч = 10 рублей

   • Экономия в год: 10 руб/день * 365 дней = 3650 рублей

2. Окупаемость солнечных панелей:

   • Экономия в деньгах в день от солнечных панелей: 5 кВт⋅ч * 5 руб/кВт⋅ч = 25 рублей

   • Экономия в год: 25 руб/день * 365 дней = 9125 рублей

   • Срок окупаемости: 50 000 рублей / 9125 руб/год ≈ 5.48 лет

Ответы:

• Замена лампочек позволит семье сэкономить 3650 рублей в год.

• Солнечные панели окупятся примерно через 5.5 лет.

Функциональная грамотность: Эта задача требует применения знаний о мощности, энергии и стоимости электроэнергии для принятия обоснованного решения об энергосбережении.

Задача 2: Безопасность на дороге

Ситуация: Автомобиль движется по сухой дороге со скоростью 72 км/ч (20 м/с). Водитель замечает препятствие и начинает торможение. Время реакции водителя составляет 0.8 секунды, а ускорение при торможении равно -5 м/с².

Вопросы:

• Какой путь пройдет автомобиль за время реакции водителя?

• Какой тормозной путь автомобиля?

• Каково общее расстояние, пройденное автомобилем с момента обнаружения препятствия до полной остановки?

• Успеет ли водитель остановиться перед препятствием, если оно находится на расстоянии 50 метров?

Решение:

1. Путь за время реакции:

   • Расстояние = скорость * время = 20 м/с * 0.8 с = 16 метров

2. Тормозной путь:

   • Конечная скорость = 0 м/с

   • Используем формулу: v² = u² + 2as, где v - конечная скорость, u - начальная скорость, a - ускорение, s - расстояние.

   • 0 = (20 м/с)² + 2 * (-5 м/с²) * s

   • s = (20 м/с)² / (2 * 5 м/с²) = 40 метров

3. Общее расстояние:

   • Общее расстояние = путь за время реакции + тормозной путь = 16 метров + 40 метров = 56 метров

4. Успеет ли остановиться:

   • Так как общее расстояние до остановки составляет 56 метров, а препятствие находится на расстоянии 50 метров, водитель не успеет остановиться и столкнется с препятствием.

Ответы:

• Путь за время реакции: 16 метров

• Тормозной путь: 40 метров

• Общее расстояние: 56 метров

• Водитель не успеет остановиться.

Функциональная грамотность: Эта задача требует применения знаний о кинематике для оценки безопасности на дороге и принятия решений в критической ситуации.

Пояснения по функциональной грамотности:

Функциональная грамотность в физических задачах означает способность использовать знания и навыки физики для:

• Понимания и анализа реальных ситуаций.

• Принятия обоснованных решений.

• Решения практических проблем, возникающих в повседневной жизни.

• Оценки рисков и последствий.

В этих задачах акцент сделан на применении физических концепций для решения вопросов, с которыми люди могут столкнуться в своей повседневной жизни.