ДЕМОВАРИАНТ ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ 2018 ГОДА

ЧАСТЬ 1 (ЗАДАЧИ 1 - 24)

Задание 1. На рисунке показан график зависимости от времени для проекции Vx скорости тела. Какова проекция Ах ускорения этого тела в интервале времени от 4 до 8 с?

Решение. В промежутке от 4 до 8 секунд (за 4 секунды) скорость упала с 12 до 4 метров в секунду. Ускорение - это отношение изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло.

Ответ - 2 (Знак "минус" потому, что скорость уменьшалась, движение было замедленное, а не ускоренное, для замедленного движения ускорение отрицательно)

Задание 2. На графике приведена зависимость модуля силы трения скольжения от модуля силы нормального давления. Каков коэффициент трения?

Решение. В задании просто-напрсто проверяют, имеешь ли ты представление о силе трения. Вот картинка. Паренёк пытается тащить тяжеленный шкаф. Ему препятствует сила трения. Она зависит от 1) того, как сильно трущиеся поверхности прижаты друг к другу; 2) от состояния этих поверхностей - шершавые или гладкие, из какого материала, есть ли смазка между ними.

Прижатие мы оцениваем по силе нормального давления N. (Нормальное - значит направлено "по нормали", то есть перпендикулярно к трущимся поверхностям). А состояние трущихся поверхностей оценивается коэффициентом трения "мю".
Известна формула

Возьмём любую точку на графике, напрмер, когда N = 8, а Fтр = 1

Тогда

Ответ 0,125

Задание 3. У основания гладкой наклонной плоскости шайба массой 10 г обладает кинетической энергией 0,04 Дж. Определите максимальную высоту, на которую шайба может подняться по плоскости относительно основания. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Решение. Какая-то шайба, то ли хоккейная, то ли, которую под гайку подкладывают, скользит вверх по наклонной плоскости. (Вряд ли хоккейная, 10 грамм - слишком малая масса). Трения нет, поэтому движению шайбы препятствует только сила тяжести. Она в конце-концов остановилась.

В начале движения шайба имела по условию кинетическую энергию.Кинетическая энергия зависит от скорости движения (даже от квадрата скорости).

В конце движения скорость шайбы стала равна 0, следовательно и кинетическая энергия стала равна 0. Но куда же она делась? По закону сохранения энергии она не может исчезнуть бесследно, она только переходит из одного вида в другой. Она превратится в ПОТЕНЦИАЛЬНУЮ энергию.
Потенциальная энергия зависит от высоты подъёма тела. У основания высота была равна нулю, и потенциальная энергия была равна нулю. А теперь ВСЯ кинетическая перешла в потенциальную, потенциальная энергия стала в точке максимального подъёма равна 0,04 Дж. Отсюда легко найти высоту максимального подъёма. Только не забыть массу шайбы перевести в СИ.
10 г = 0,01 кг

Ответ 0,4 (в ЕГЭ принято ускорение свободного падения брать не 9,81 а ровно 10). Надо заметить, что если бы шайба не скользила вверх по наклонной скорости без трения, а просто подбросили бы её вверх, то задача решалась бы точно так же.

Задание 4. Тело массой 0,2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага (смотри рисунок). Груз какой массы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия?

Решение. Когда рычаг может поворачиваться относительно некоторой неподвижной точки, то важно не только, какая по величине сила стремится повернуть его по или против часовой стрелки, но и ТОЧКА ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛ. Момент силы = величине силы, умноженной на плечо (плечом, в свою очередь, называется расстояние от оси вращения рычага до точки приложения силы)

В нашей задаче - по часовой стрелке рычаг вращает тело, массой 0,2 кг, подвешенное на расстоянии 3 единицы длины от оси вращения рычага. Надо найти такую массу, чтобы

Находим:

Ответ 0,3 (В условии указано, что рычаг невесомый, то есть собственный вес концов рычага никак не учитывается, его нет).

Задание 5. В таблице представлены данные о положении шарика, прикрепленного к пружине и колеблющегося вдоль горизонтальной оси Ох, в различные моменты времени.

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утрверждения и укажите их номера:

1. Потенциальная энергия пружины в момент времени 1,0 с максимальна
2. Период колебаний шарика равен 4,0 с
3. Кинетическая энергия шарика в момент времени 2,0 с минимальна
4. Амплитуда колебаний шарика равна 30 мм
5. Полная механическая энергия маятника, состоящего из шарика и пружины, в момент времени 3,0 с минимальна

Решение. Давайте разберемся, о чём это задание. По гладкому стержню без трения может вправо-влево перемещаться шарик. Если пружина не деформирована - то шарик находится в положении равновесия, которое на оси Х мы обозначим нулём - началом отсчёта. Растянем пружину. Тем самым мы "зарядили" наш шарик потенциальной энергией.
(Заметим: в задании 3 мы говорили о том, что потенциальная энергия зависит от высоты подъёма. Это так, но это потенциальная энергия поднятого тела. Бывает ещё потенциальная энергия деформированного тела - сжатой или растянутой пружины. Она зависит от величины деформации).
В данном случае потенциальная энергия тем больше, чем больше деформация пружины, то есть в крайнем правом положении (вторая сверху картинка).

Отпустим шарик. Пружина станет сжиматься, возвращая шарик к нулевому положению равновесия. Но при этом скорость движения шарика будет возрастать. В момент, когда он дойдёт до положения равновесия, скорость его будет максимальная, а, следовательно, максимальной будет и его кинетическая энергия. Под её действием он пролетит положение равновесия, и станет двигаться уже влево (нижняя картинка), сжимая пружину. Кинетическая энергия шарика будет переходить в потенциальную энергию сжатой пружины. И в крайнем левом положении шарик остановится, кинетическая его энергия будет равна нулю, зато потенциальная опять станет максимальной. Под её действием шарик опять "полетит" вправо, и так будет колебаться, в принципе, бексконечно, если исключить трение и иные потери энергии. Это маятник. Весьма похожий на "грузик на ниточке". (Примерно такой пружинный маятник используется в наручных часах, которые не на батарейке, а с заводом).

В таблице показано, что маятник колеблется от + 15 мм до - 15 мм. Проанализируем утверждения:

1. Потенциальная энергия пружины в момент времени 1,0 с максимальна. Смотрим по таблице. В момент времени 1,0 с шарик находится в положении 15 мм, то есть в крайнем правом положении, пружина максимально растянута, потенциальная энергия максимальна. Это верно!

2. Период колебаний шарика равен 4,0 с. Периодом колебаний шарика называется время, через которое шарик, совершив полный цикл колебания, вернётся в исходное положение. В нашей таблице время до 4 секунд не довели. Но мы можем довести:

Да, через 4 секунды шарик снова вернётся в нулевое положение, период его колебаний равен 4 секундам, второе утверждение тоже верно!

3.Кинетическая энергия шарика в момент времени 2,0 с минимальна. Это нет! Смотрим по таблице в условии задачи: в момент времени 2,0 с координата шарика 0 мм. Он пролетает положение равновесия. Он пролетает его с максимальной скоростью! Кинетическая энергия, которая пропорциональна квадрату скорости, в этот момент МАКСИМАЛЬНА, а вовсе не минимальна. Неверно!

4. Амплитуда колебаний шарика равна 30 мм. Амплитуда - это наибольшее отклонение от положения равновесия. Она равна 15 мм в ту или в другую сторону. Здесь вопрос поставлен немного провокационно. Если подумать, что амплитуда - "размах колебаний", от одной крайней точки до другой, то тогда вроде как 30 мм верно. Но нет, нет, нет, амплитуда - это отклонение от середины. Неверно!

5. Полная механическая энергия маятника, состоящего из шарика и пружины, в момент времени 3,0 с минимальна. А это утверждение неграмотное. Полная механическая энергия = потенциальной + кинетической. Одна уменьшается, дугая увеличивается, одна становится максимальной, другая в этот миг равна нулю, но ПОЛНАЯ энергия (СУММА ДВУХ ЭНЕРГИЙ) в любой момент неизменна.

Ответ 12

Задание 6. В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую скорость его движения уменьшается. Как изменится при этом центростремительное ускорение спутника и период обращения вокруг Земли?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. Увеличивается;
2. Уменьшается;
3. Не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Решение. На спутник со стороны Земли дйствует сила притяжения F. Благодаря ей спутник не уходит в космические дали, а летает по круговой орбите.

Сила F согласно второму закону Ньютона равна m спутника, умноженная на ускорение а.

(6.1)

Но поскольку движение спутника не прямолинейное, а круговое, то ускорение а - это центростремительное ускорение, направлено к центру Земли, оно выражается формулой

(6.2)

(Не будем возвращаться к теории: что такое центростремительное ускорение, откуда оно берётся, почему оно направлено к центру... Но если ты не знаешь этого - открой учебник и почитай, это вообще-то важно).

Теперь второй закон Ньютона можно записать вот так (где m -масса спутника)

(6.3)

Но что это за сила, которая действует на спутник и порождает центростремительное ускорение? Это сила всемирного тяготения, или сила гравитационного взаимодействия между Земным шаром и спутником. Она выражается формулой (где М - масса Земного шара, G -гравитационная постоянная, R - радиус орбиты спутника, если считать его от центра земного шара)

(6.4)

Сделаем из этих двух формул одну (то есть приравняем правые части)

(6.5)

Сократим на одинаковые члены правую и левую часть, получим

(6.6)

Мы получили формулу (6.6), выражающую зависимость скорости движения спутника от радиуса его орбиты. В условии задачи сказано, что спутник перешёл с одной орбиты на другую. Но не сказано: радиус новой орбиты больше или меньше старой? Это необхожимо знать для решения задачи. И вот мы вывели формулу зависимости скорости от радиуса орбиты, зависимость обратно пропорциональная. В условии сказано, что скорость УМЕНЬШАЕТСЯ, следовательно радиус наоборот УВЕЛИЧИВАЕТСЯ!

А теперь сделаем наши формулы так, чтобы связать центростремительное ускорение и радиус, для чего объединим формулы (6.1) и (6.4).

(6.7)

Из данной формулы следует, что ускорение и радиус ОБРАТНО пропорциональны, то есть при увеличении радиуса центростремительное ускорение УМЕНЬШАЕТСЯ.

А период Т - время одного полного оборота спутника вокруг земли - равен пройденному пути (длине окружности), делённому на скорость

(6.8)

Радиус у нас УВЕЛИЧИЛСЯ, скорость УМЕНЬШИЛАСЬ, и то и другое вызывает УВЕЛИЧЕНИЕ периода. Поэтому таблицу мы заполним так:

Ответ 21

Задание 7. В момент t = 0 мячик бросают с начальной скоростью V0 под углом "альфа" к горизонту с балкона высотой h (смотри рисунок).

Графики А и Б представляютсобой зависимости физических величин, характеризующих движение мячика в процессе полёта, от времени t.
Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.
(Сопротивлением воздуха пренебречь. Потенциальная энергия мячика отсчитывается от уровня y = 0.)

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

Решение. Давай поразмышляем, как полетит мяч. Если бы мяч бросить не под углом, а строго вертикально вверх, то сила земного тяготения замедляла бы его, он по мере набора высоты двигался бы всё тише и тише, наконец в какой-то точке остановился и начал бы падать. При движении вниз он бы разгонялся с ускорением свободного падения.
Если бы мяч бросить строго горизонтально, да ещё в каком-нибудь далёком космическом простанстве, где на него не дейстьвует сила притяжения никаких планет - то он так и летел бы строго горизонтально (по первому закону Ньютона), не снижая скорости, и двигался бы бесконечно с постоянной скоростью, и никогда бы не остановился.
Когда мяч бросают под уголом к горизонту, то это наклонное направление полёта можно разложить на два отдельных. Вдоль оси Y мяч летит, как вертикально вверх. То есть сначала замедляется, потом останавливается, потом начинает ускоренно падать. А вдоль оси Х мяч летит равномерно и прямолинейно. За каждое мгновение полёта оба этих движения складываются и в результате получается вот такая искривлённая траектория, как показана на рисунке.

Правда, на рисунке мяч бросают с пола, когда координата "у" в начальный момент времени была равна нулю, а в нашей задаче бросок совершён с балкона, координата "у" в начальный момент была равна высоте распложения балкона h.

Теперь проанализируем графики и варианты ответа. А) График некоторой величины, которая с течением времени не изменяется. Что это за величина?

1) Проекция импульса мячика на ось Y? Импульс, мы помним, это векторная величина, равная произведению массы на скорость (mv). Скорость разве постоянная при подъёме мячика вверх? Нет, она сначала уменьшается, потом становится равной нулю, потом увеличивается. Приблизительно такой характер изменения показывает график Б. А для графика А она вовсе не годится!

2) Кинетическая энергия мячика. О кинетической энергии мы говорили при рассмотрении задания 3. Она определяется скоростью движения тела. В нашем случае скорость полёта мячика не была постоянной, следовательно и кинетическая энергия не была постоянной.

3) Модуль ускорения мячика а. А вот это ДА! Во всё время полёта мячика на него действует только одна сила - сила тяжести. Ускорение, как мы знаем по второму закону Ньютона, порождается действущей силой. Сила тяжести порождает не просто ускорение а, а ускорение свободного падения, которое обозначают специальной буквой g. В наших краях оно всегда постоянно, направлено вниз и равно около 9,81 метров на секунду квадратную. Когда мячик летел вверх, ускорение свободного падения было замедляющим, когда вниз - ускоряющим, и даже когда мячик на мгновение завис неподвижно - на него действовала сила F=mg и, значит, имело место ускорение.

4) Потенциальная энергия мячика. Она зависит от высоты подъёма. Она максимальна в верхней точке. Равна нулю на земной поверхности. Не постоянна, это точно!

Рассмотрим второй график, под буквой Б.

Уже говорилось, что характер графика похож на характер изменения скорости мячика. От скорости зависит импульc и кинетическая энергия . Какой выбрать? График - это парабола, кривая квадратичной функции. Поэтому он соответствует изменению кинетической энергии, где скорость "в квадрате".

Итак, заполняем таблицу

Ответ 32

Решение. Наши предки не могли объяснить, почему одни предметы горячие, а другие холодные. Они полагали, что внутри всех тел имеется невидимое, невесомое вещество "теплород". Больше теплорода - выше температура тела, меньше теплорода - тело холоднее. Позже люди избрели паровоз, который тепло от сгорания дров превращал в кинетическую энергию движения. Возможно и обратное преоразование - кинетической энергии в тепло, такой процесс происходят при трении. Это натолкнуло на мысль, что ТЕПЛОТА и ДВИЖЕНИЕ имеют одну и ту же природу. Теперь мы знаем, что температура тела обусловлена скоростью движения молекул (или, иначе говоря - кинетической энергией), из которых это тело состоит.

Формула зависимости средней кинетической энергии молекулы тела от температуры

где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура тела по шкале Кельвина.

По заданию Е увеличилась в 2 раза. Формула останется верным равенством, если Т также увеличится в 2 раза. То есть температура станет 250 х 2 = 500 К.

Ответ 500 (Формула для средней кинетической энергии молекулы справедлива для так называемого ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА, в котором молекула может долететь от одной стенки сосуда до другой без соударения с другими молекулами. Реальный газ можно ситать близким к идеальному, если он сильно разреженный и одноатомный. Поэтому такие исходные данные и приведены в условии задачи).
А ещё заметим, что постоянная Больцмана k составляет где-то 10 в минус 23 степени. То есть кинетическая энергия одной молекулы невообразимо мала!

Схема идеального газа

Задание 9. На ТV-диаграмме показан процесс изменения состояния идеального одноатомного газа. Газ получил количество теплоты, равное 50 кДж. Какую работу совершил газ в этом процессе, если его масса не меняется?

Решение. Давай разберёмся: что означает выражение "газ совершил работу". На картинке слева в цилиндре под поршнем находится газ. На картинке справа газ нагрет горелкой, то есть газу извне передано некоторое количество теплоты Q. Теплота прибавила внутреннюю энергию газа, молекулы стали двигаться быстрее. Эти мчащиеся с большой скоростью молекулы (приичем их - невероятное множество!) с разгону врезаются в поршень и заставляют его подниматься. Поршень и сам-то тяжёленький, но он ещё может быть соединён с рычагами, колесами, как у паровоза или автомобиля. Вот и получается, что расширяющийся газ совершает работу. Работа - это сила, умноженная на перемещение . Сила давления на поршень - это давление газа p, умноженное на площадь поршня S. Тогда . Таким образом, газ совершает работу при изменении объёма, причём если давление было постоянным, то численно работа равна произведению давления на разность объёмов.

Есть ещё понятие "над газом совершили работу". Это значит какая-то внешняя сила вдвинула поршень вниз и сжала газ.
В предыдущем задании мы говорили о том, что каждая молекула газа обладает кинетической энергией. Помимо этого, молекулы при очень тесном их сближении отталкиваются, словно одноименные полюсы магнитов. То бишь они, как упругие тела, облалдают ещё и потенциальной энергией. Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела U.

Если нагревать газ горелкой либо внешней силой перемещать поршень, то одновременно будут изменяться три параметра: температура Т, давление р и объём V. И весьма непросто уловить закономерности их изменения. Для изучения закономерностей пошли таким путем: изменяли два параметра, а третий искусственно поддерживали постоянным. Таких процессов три: изобарный, изохорный и изотермический.

1. ИЗОБАРНЫЙ (БАР – это в переводе ДАВЛЕНИЕ, то есть газ нагревают, увеличивается его объём, а давление при этом  поддерживается на постоянном уровне p = const).
При изобарном процессе подводимое количество теплоты Q затрачивается и на расширение газа (увеличение объёма) и на повышение его температуры.
2. ИЗОХОРНЫЙ (ХОРОС – в переводе место, в смысле «занимаемое место, объём», поддерживается постоянный объем, например, газ нагревают  в закрытом сосуде из твердого материала – стеклянном, стальном – который не может увеличиваться в объёме, v = const).
При изохорном процессе работа газом не совершается, ведь поршень не перемещается (объём постояный). Подводимое количество теплоты Q затрачивается только на увеличение внутренней энергии газа.
3. ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ (ТЕРМА – температура, поддерживается постоянная температура, T=const).
При изотермическом процессе подводимая теплота идёт только на увеличение объёма, то есть на совершение работы. При изотермическом процессе Q = А.

Графики этих процессов в различных координатных осях приведены на рисунке.

Сравнивая их с графиком в условии задачи, заметим что наш процесс - изотермический, увеличивается объём газа при постоянной температуре. При изотермическом расширении вся переданное газу теплота идёт на совершение механической работы А = Q = 50 кДж

Ответ 50

Задание 10. Для плавления куска льда при температуре его плавления требуется количество теплоты, равное 3 кДж. Этот кусок льда внесли в тёплое помещение. Зависимость температуры льда от времени представлена на рисунке. Определите среднюю тепловую мощность, подводимую к куску льда в процессе плавления.

Решение. Сначала рассмотрим картинку из учебника, поясняющую процесс таяния льда. В течение первых 5 минут лёд нагревался (посмотрите на график под рисунком) от - 4 градусов до 0. Нуль - это температура плавления льда. В течение следующих 7 минут температура не повышается. Это значит, что вся подводимая теплота затрачивается на разрушение кристаллической решётки льда, то бишь на таяние. И уж затем температура опять начинает расти, процесс таяния льда закончился, теперь уже нагревается вода.

На графике в условии задачи ситуация аналогичная. В течение первых 5 минут лёд нагревается до температуры плавления. В течение следующих 10 минут (с 5 до 15) лёд плавится. И в течение следующих 10 минут (с 15 до 25) нагревается уже вода.
В задаче сказано, что лёд просто внесли в тёплое помещение. Его не нагревали горелкой, пламя горелки не прибавляли не убавляли. Все 25 минут теплота поступала ко льду равномерно. Поэтому можно взять количество теплоты, переданной льду за любой промежуток времени, и быть уверенным, что в другой промежуток времени оно было таким же! На таяние (разрушение кристаллической решётки льда) затрачено 3 кДж теплоты, таяние происходило в течение 10 минут, таким образом теплота подводилась ко льду в количестве 0,3 кДж в 1 минуту. (Причём, как во время таяния, так и до и после этого процесса).

Требуется определить тепловую мощность. Что это за штука? Механическая мощность - это работа, совершенная в единицу времени. Единица мощности 1 Ватт = 1 Джоуль в 1 секунду. А тепловая мощность - это количество теплоты, переданной в единицу времени. Единица та же самая, поскольку теплота, как и работа, измеряется в Джоулях. Мы уже, по сути, нашли тепловую мощность 0,3 кДж в 1 минуту. Но давайте уважать систему единиц СИ. 0,3 кДж = 300 Дж. 1 мин = 60 сек. 300/60 = 5 Вт

Ответ 5

Извините, рекламная вставка. Если кликнешь по картинке - нашему сайту капнет копеечка...

Задание 11. На рисунке показан график циклического процесса, проведённого с одноатомным идеальным газом, в координатах р–Т, где р – давление газа, Т – абсолютная температура газа. Количество вещества газа постоянно.

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения, характеризующих процессы на графике, и укажите их номера.

1. Газ за цикл совершает положительную работу;
2. В процессе АВ газ получает положительное количество теплоты;
3. В процессе ВС внутренняя энергия газа уменьшается;
4. В процессе CD над газом совершают работу внешние силы;
5. В процессе DA газ изотермически расширяется.

Решение. Проанализируем данные в условии утверждения, сравнивая с графиками задания 10:

1) Процессы AB и CD являются изохорными (без изменения объёма газа, поршень стоял неподвижно). Работа на этих участках не совершается.
Процесс BC — изотермическое расширение (потому что при постоянной температуре давление понижается) , процесс DA — изотермическое сжатие (потому что при постоянной температуре давление повышается). Расширение - это газ совершает работу, работа положительна. Сжатиие - это над газом совершается работа внешними силами, работа отрицательна. Раз у нас процесс циклический - поршень перемещается "туда-сюда" между верхним и нижним крайними положениями. А это значит, что разность объёмов как при расширении, так и при сжатии одинаковая. Когда же работа больше? Она больше в том процессе, где выше температура. Температура (по графику) выше при расширении. Значит, положительная работа ВС больше отрицательной DA, и в общем за цикл газ совершает положительную работу. Утверждение 1 верно.

2) В процессе АВ температура газа и его внутренняя энергия увеличиваются, да, растут и давление и температура, а объём не увеличивается и работу газ не совершает. Утверждение 2 верно.

3) В процессе ВС температура и внутренняя энергия газа не изменяются, поскольку это изотермический процесс. Утверждение 3 ложное.

4) В процессе СD работа не совершается, ибо процесс изохорный, при неизменном объёме. Утверждение 4 ложное.

5) В процессе DA газ изотермически сжимается, а не расширяется, это следует из повышающегося давления. Утверждение 5 ложное

Ответ 12

Задание 12. Тепловая машина работает по циклу Карно. Температуру холодильника тепловой машины повысили, оставив температуру нагревателя прежней. Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа газа за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличилась
2. уменьшилась
3. не изменилась

 Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться. 

Решение. Тепловая машина - это устройство, преобразующая внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Двигатели внутреннего сгорания в автомобилях (хоть с зажиганием от свечи, хоть дизельный), паровоз - всё это тепловые машины. В них происходит циклический процесс (возвратно-поступательное движение поршня). Теорию тепловых машин разработал француз Сади Карно.

Коэффициент полезного действия машины Карно  , где Тн - температура нагревателя, Тх - температура холодильника. При увеличении температуры холодильника КПД уменьшается.

Коэффициент полезного дествия - это отношение количество тепла, полученного от нагревателя Qн к работе А машины. Отсюда, работа газа за цикл  при уменьшении КПД тоже уменьшается.

Ответ 22

Задание 13.Отрицательный заряд -q находится в поле двух неподвижных зарядов: положительного +Q и отрицательного -Q  (смотри рисунок). Куда направлено относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) ускорение заряда -q  в этот момент времени, если на него действуют только заряды +Q  и -Q? Ответ запишите словом (словами).

Решение. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются. Зелёными стрелочками показано взаимодействие отрицательных зарядов, жёлтыми - отрицательного и положительног о.Из-за симметричного расположения зарядов сумма сил, действующих на заряд -q со стороны зарядов -Q и +Q направлена вниз. Туда же по второму закону Ньютона направлено ускорение заряда. 

Ответ: вниз

Задание 14. Плавкий предохранитель счётчика электроэнергии в квартирной сети напряжением 220 В снабжён надписью: «6 А». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включить в сеть, чтобы предохранитель не расплавился? (Ответ дайте в Ваттах)

Решение. Мощность электрических приборов равна произведению напряжения и силы тока. Максимальная суммарная мощность равна 220 В · 6 А = 1320 Вт.

Ответ 1320

Задание 15. Проволочная рамка площадью вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, перпендикулярной вектору магнитной индукции. Магнитный поток, пронизывающий площадь рамки, изменяется по закону  , где все величины выражены в СИ. Чему равен модуль магнитной индукции? (Ответ выразите в мТл)

Решение. Индукция В (измеряется в Тесла) - это силовая характеристика магнитного поля. Чем сильнее магнит, тем больше его индукция. Индукция - векторная величина, направлена от северного полюса магнита к южному. Обычно невидимое магнитное поле мы изображаем графическими силовыми линиями. Направление силовых линий совпадает с напрвлением вектора индукции, а "густота" силовых линий численно равна модулю индукции.

Магнитный поток Ф - это то число силовых линий, которые проходят через прямоугольный контур (рамку).

Если бы мы изобразили магнитное поле так, что густота силовых линий (индукция В) была бы 5 шт на квадратный сантимер, и это поле проходило бы через рамку площадью S =10 квадратных сантиметров, то магнитный поток Ф, пронизывающий эту рамку был бы 5 х 10 = 50 (штук силовых линий). Такое определение немного упрощённое, но понятное. Во всяком случае формула магнитного потока именно такова Ф = ВS.

Правда, это справедливо, если плоскость рамки строго перпендикулярна вектору индукции (направлению силовых линий). А у нас в задании - вращающаяся рамка, такая, которая иллюстрирует простейший электродвигатель.

Пока она поперёк поля - много магнитных линий пересекают рамку, магнитный поток максимальный. Когда она поворачивается - угол острый, не все магнитные линии проходят через рамку, некоторые (которые по бокам) пролетают мимо. Магнитный поток уже поменьше. А когда рамка повернётся вдоль магнитных линий - вообще ни одна из них не пронзит контур рамки. Магнитный поток будет равен нулю. Поэтому в условии записано, что магнитный поток не постоянный, а изменяется в зависимости от времени по закону . Будем рассматривать в начальный момент времени, когда t = 0, косинус нуля равен единице, и магнитный поток (будем называеть его Ф "нулевое") = BS. Это как раз то самое перпендикулярное положение рамки.

Ответ 2

Задание 16. На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведённому графику. На основании этого графика выберите два верных утверждения о процессах, происходящих в катушках и сердечнике.

1. В промежутках 0–1 и 1–2 с направления тока в правой катушке различны.
2. В промежутке времени 2–3 с сила тока в левой катушке отлична от нуля.
3. Модуль силы тока в левой катушке в промежутке 1–2 с больше, чем в промежутке 3–5 с.
4. В промежутке 0–2 с модуль магнитной индукции в сердечнике минимален.
5. В промежутке 1–2 с сила тока в левой катушке равномерно увеличивается.

Решение. Это задание на понятие электромагнитной индукции. Вот проводим опыт. На общем сердечнике две катушки. Катушка 1 (в задании она называется "правая") подключена к какому-то аккумулятору и с помощью реостата в ней можно изменять силу тока. Протекающмй по правой (№1) катушке ток, создает магниное поле, какая-то часть этого поля (магнитный поток Ф) пронизывает вторую катушку (по нашей задаче - левую) и наводит в ней ЭДС. Собственно говоря, явление возникновения ЭДС в катушке при пересечении её изменяющимся магнитным потоком и называется электромагнитной индукцией.

(Надо признаться, что физики со своими терминами запутали мозги ученикам. В предыдущей задаче 15 тоже была индукция В, но там это была силовая характеристика магнитного поля. А здесь - не путать - явление возникновения ЭДС. Был бы я сочинителем школьного учебника - придумал бы какой-то другой термин, чтобы не путаться!)

Итак, в левой катушке будет возникать, или как говорят, наводиться электродвижущая сила, Величина этой ЭДС определяется формулой . Эту формулу надо понимать так: чем быстрее изменияется магнитный поток - тем больше ЭДС. А если магнитный поток вовсе не изменяется - то и ЭДС вовсе не возникает.

На рисунке в условии задачи нет вольметра для замера ЭДС, зато есть амперметр для замера силы тока. Ну это не беда; мы знаем что при неизменном сопротивлении проводника ЭДС прямо пропорциональна силе тока.

Проанализируем варианты ответа.

1) В промежутках 0–1 и 1–2 с направления тока в правой катушке различны. Конечно! Сила тока в правой катушке показана на графике. Ниже оси времени (от 0 до 1 с) сила тока отрицательна, выше оси времени (от 1 до 2 с) положительна. А для тока отрицательно и положительно означает, что носители заряда текут то в одну, то в другую сторону. Утверждение 1 верно.
2) В промежутке времени 2–3 с сила тока в левой катушке отлична от нуля. Нет, нет и нет! В промежутке времени 2–3 с сила тока в правой катушке постоянна, магнитный поток вовсе не изменяется, а значит в левой катушке никакого индукционного тока вовсе нет. Утверждение 2 неверно.
3) Модуль силы тока в левой катушке в промежутке 1–2 с больше, чем в промежутке 3–5 с. Скорость изменения тока в правой катушке (и соответственно магнитного потока в сердечнике) в промежутке 1–2 с больше (4 Ампера в 1 секунду) , чем в промежутке 3–5 с (4 Ампера в 2 секунды, то есть 2 А/с), значит, модуль силы тока в левой катушке в промежутке 1–2 с больше, чем в промежутке 3–5 с. Утверждение 3 верно. Почему мы говорим о модуле? В промежутке 1-2 ток возрастает, а в промежутке 3-5 убывает. Индукционный ток в левой катушке будет течь в разные стороны. Но МОДУЛЬ!
4) В промежутке 0–2 с модуль магнитной индукции в сердечнике минимален. Ну почему же минимален? В промежутке 0–2 с сила тока в правой катушке изменяется довольно быстро, значит, и модуль магнитной индукции в сердечнике изменяется с какой-то скоростью. Утверждение 4 неверно.
5) В промежутке 1–2 с сила тока в левой катушке равномерно увеличивается. Это неверно. Сила тока в правой катушке на этом промежутке будет постоянной. Почему? Это не так просто объяснить, если обходиться без математического понятия "производная". В школе производную вообще-то проходят; в ЕГЭ по математике есть задания на производную, а в ЕГЭ по физике её как-то избегают. Хотя, напрмер, скорость - это производная пути по времени. ЭДС магнитной индукции по-хорошему надо писать не так , а так .В промежутке 1–2 с сила тока в правой катушке и соответствующий магнитный поток изменяется линейно, как функция y = ax . Производная такой функции есть величина постоянная. Отсюда ЭДС и сила тока в левой катушке постоянны. Утверждение 5 неверно.

Ответ 13

Задание 17. Небольшой предмет расположен на главной оптической оси тонкой собирающей линзы между фокусным и двойным фокусным расстоянием от неё. Предмет начинают приближать к фокусу линзы. Как меняются при этом размер изображения и оптическая сила линзы?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения: 

1. увеличивается
2. уменьшается
3. не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться. 

Решение. Увеличительные стекла (линзы) могут быть собирающими и рассеивающими.  Собирательная линза обладает следующим свойством: если на неё направить параллельные лучи света, то после преломления в линзе все они собираются в одной точке, которая называется фокусом F. Свойство рассеивающей линзы видно по нижней картинке.

Собирательная (верхняя) и рассеивающая линзы

Для световых лучей, проходящих через собирательную линзу (у нас в условии такая), есть два простых правила:
1.Те лучи, которые проходят через центр линзы, вообще не преломляются, а так себе по прямой и проходят (смотри рисунок а)
2. Те лучи, которые идут параллельно оптической оси линзы, после преломления проходят строго через фокус (смотри рисунок б)
По этим двум правилам легко построить изображение любой точки за линзой, для этого достаточной повести от неё всего два луча – проходящий через центр и параллельный.

Теперь рассмотрим нашу ситуацию. Предмет АВ (показан чёрным цветом) находится на главной оптической оси между двойным фокусным и фокусным расстоянием. Его преревёрнутое изображение В1А1.

Если мы сдвинем его ближе к фокусному расстоянию (показан красным цветом), то изображение предмета увеличится. Что касется оптической силы линзы - то она равна 1/F (обратна фокусному расстоянию) и для данной линзы вообще никак не зависит от положения предмета. Таблицу заполним так:

Ответ 13

Задание 18.

На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать ( E— ЭДС источника тока; R — сопротивление резистора).

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

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
А) Сила тока через источник при замкнутом ключе К
Б) Сила тока через источник при разомкнутом ключе К

Решение. Сила тока по закону Ома для полной цепи равна(ЭДС, делённая на суммарное сопротивление цепи). При разомкнутом ключе К в цепи только один резистор, ток будет равен . При замкнутом ключе К общее сопротивление цепи из двух параллельно включенных резисторов равно R/2. Поэтому ток в цепи будет .

Вписываем в таблицу

Ответ 23

Задание 19. В результате цепной реакции деления урана  

образуется ядро химического элемента . Каковы заряд образовавшегося ядра  (в единицах элементарного заряда) и его массовое число ? В ответе запишите числа слитно без пробела.

Решение. Немного теории. Атом, согласно Резерфорду, состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны, как планеты вокруг Солнца. Число электронов Z равно порядковому номеру данного элемента в периодической системе Менделеева. Электрон имеет заряд минус. Но атом в целом электронейтрален. Потому, что в ядре содержится ровно столько же, Z положительно заряженных частиц протонов.
Однако бывают так называемые изотопы. Вроде тот же самый элемент, а масса другая.  Как это может получиться? В ядре, кроме протонов, есть ещё частицы нейтроны. Они не имеют заряда и на заряд атома не влияют. Зато они имеют массу,  и на массу атома в целом, конечно влияют.

Вот на картинке показан слева водород, в котором вообще нет нейтронов, только один протон; правее – опять же водород, но в его ядре 1 протон и один нейтрон (желтенький); еще правее – водород с двумя нейтронами.  Затем показаны два изотопа гелия и литий.

Число А = Z + N называют массовым числом, оно равно общему числу нуклонов (протонов + нейтронов) в данном ядре.  Условно изображая изотоп сверху пишут число А, снизу число Z (это заряд ядра, число протонов).

Элементарные частицы (электрон, протон, нейтрон) тоже можно изображать таким же образом, учитывая, что электрон и протон имеют заряд, но не имеют массы, а нейтрон имеет массу, но не имеет заряда.

В начале 20 – го века обнаружили вещество радий, которое испускало радиоактивное излучение. Излучение радия состоит из трёх потоков: альфа-частиц, бета-частиц и гамма частиц. Альфа-частицы – это ядра гелия , бета-частицы – это электроны, гамма – частицы – это электромагнитное излучение.

Благодаря этому открытию стали возможны так называемые ядерные реакции. Вот, например, реакция альфа-распада радия

Был элемент радий Ra с массовым числом 226 и зарядом 88; из него вылетела альфа-частица (то есть атом гелия с массовым числом 4 и зарядом 2); В результате получился совсем другой химический элемент с массовым числом 226 – 4 = 222 и зарядом 88 – 2 = 86. Этот элемент называется радон.
Можно сделать наоборот, не реакцию распада, а реакцию синтеза, когда новое вещество получается в результате присоединения альфа-частицы. Но при всех этих реакциях масса и заряд продуктов реакции должны суммарно оставаться постоянными.

(Вообще, замечу, это удивительное открытие! Много веков алхимики пытались изготовить золото, сплавляя, например медь с оловом, смешивая с другими веществами, и, в конце концов, сошлись на том, что сделать золото невозможно. Медь – это один элемент таблицы Менделеева, а золото совсем другой! А путём ядерных реакций возможно превращение одного элемента в другой! Правда, таким образом полученное золото будет настолько дорогим, что проще купить естественное природное).

К задаче. Массовое число до реакции 235 + 1 = 236. После реакции 139 +3 х 1 = 142. ( Обратим внимание, что кроме атома бария Ва выделилось ещё три нейтрона, у которых массовое число по 1 у каждого, всего три, а заряд у нейтрона равен нулю)
У неизвестного элемента А = 236 - 142 = 96
Заряд до реакции 92. После реакции 56.
У неизвестного элемента 92-56 = 36

Ответ 3694 ( Можно посмотреть по таблице Менделеева, это изотоп Криптона с зарядом 36 и массовым числом 94)

Задание 20. Период полураспада изотопа калия равен 7,6 мин. Изначально в образце содержалось 2,4 мг этого изотопа. Сколько этого изотопа останется в образце через 22,8 мин? (Ответ дайте в мг.)

Решение. В предыдущей задаче рассказывалось о самопроизвольном распаде радиоактивных элементов. Если из атома радиоактивного вещества продолжительное время будут вылетать альфа-частицы, то, в конце концов, атом весь распадётся и перестанет существовать. Но это, если один атом. А у нас, к примеру, был какой-то кусочек вещества, в котором содержалось N атомов (или некоторая масса m вещества).

И вот через некоторое время Т в кусочке осталось m/2 , то есть половина массы вещества, а другая половина распалась и улетучилась. Это время Т называется периодом полураспада.

Закон радиоактивного распада таков :

Подставим исходные данные, получим

Ответ 0,3

Задание 21. На металлическую пластинку падает пучок монохроматического света. При этом наблюдается явление фотоэффекта. На графиках в первом столбце представлены зависимости энергии от длины волны "ламбда" и частоты света "ни". Установите соответствие между графиком и той энергией, для которой он может определять представленную зависимость.

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

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующим буквам

Решение. Проанализируем варианты ответа, как это мы обычно делаем:

1) Зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. В любом учебнике мы прочтём, что физик Столетов экспериментально изучал явление фотоэффекта и открыл три его закона, в частности второй закон говорит, что кинетическая энергия вырванных электронов линейно возрастает при увеличении частоты падающего света, а третий о том, что фотоэффект возможен, если частота превышает красную границу.

Таким образом, первому утверждению соответствует график Б.

2) Зависимость энергии падающих фотонов от частоты падающего света. Эта зависимость выражается формулой . График такой зависимости был бы прямой линией, выходящей из начала координат. У на такого графика нет, данный вариант ответа не годится.

3) Зависимость энергии падающих фотонов от длины волны света.  Эта зависимость выражается формулой. Зависимость, как видим, обратно пропорциональная, график обратно пропорциональной зависимости приведен под А).

4) Зависимость потенциальной энергии взаимодействия фотоэлектронов с ионами металла от длины волны падающего света. Про потенциальную энергию в фотоэффекте как-то вообще нет речи; во всяком случае, она точно не зависит от частоты (длины волны) света. Заполняем таблицу.

Ответ 31

Задание 22. Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра. В ответе запишите значение и погрешность слитно без пробела.

Решение. Из рисунка видно, что между метками «0,2» и «0,4» укладывается 10 делений, значит, цена деления равна 0,02 А. Погрешность по условию равна цене деления. Стрелка амперметра указывает на отметку 0,20 (с точностью до цены деления). Таким образом, показания прибора: (0,20 ± 0,02) А.

Ответ 0,20 ± 0,02

Задание 23. Необходимо собрать экспериментальную установку, с помощью которой можно определить коэффициент трения скольжения стали по дереву. Для этого школьник взял стальной брусок с крючком. Какие два предмета из приведённого ниже перечня оборудования необходимо дополнительно использовать для проведения этого эксперимента?

1. деревянная рейка
2. динамометр
3. мензурка
4. пластмассовая рейка
5. линейка

 В ответ запишите номера выбранных предметов.

Решение. О коэффициенте трения мы говорили в задаче 2. Для определения коэффициента трения скольжения стали по дереву кроме стального бруска с крючком необходимы деревянная рейка (1) , а пластмассовая не нужна, потому что определяем не сталь по пластмассе. Ну и для замера силы тяги бруска по рейке, а также для замера веса бруска пригодится динамометр(2). Мензуркой измеряют объём жидкости, она тут не при чём.

Ответ 12

Задание 24. Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звездах. 

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звезд, и укажите их номера. 

1. Температура поверхности и радиус Бетельгейзе говорят о том, что эта звезда относится к красным сверхгигантам.
2. Температура на поверхности Проциона в 2 раза ниже, чем на поверхности Солнца.
3. Звезды Кастор и Капелла находятся на одинаковом расстоянии от Земли и, следовательно, относятся к одному созвездию.
4. Звезда Вега относится к белым звездам спектрального класса А.
5. Так как массы звезд Вега и Капелла одинаковы, то они относятся к одному и тому же спектральному классу.

Решение. Проанализируем варианты ответа

1) К красным сверхгигантам относят звёзды с низкой температурой (3000—5000 K) и большим радиусом (200—1500 радиусов Солнца). Бетельгейзе попадает в эту категорию. Утверждение 1 верно.

2) Температура на поверхности Проциона больше, чем на поверхности Солнца (5800 К). Утверждение 2 неверно.

3) Звёзды одного созвездия находятся на небольших угловых расстояниях друг от друга. Расстояния звёзд до Земли не влияют на разбиение их по созвездиям. Утверждение 3 неверно.

4) Рассмотрим фрагмент классификации звёзд по спектральным классам: 

Вега попадет в спектральный класс A. Утверждение 4 верно.

5) Температуры поверхностей Веги и Капеллы сильно различаются, они относятся к разным спектральным классам. Утверждение 5 неверно.

Ответ: 14

Разбор задач второй части (с 25 по 32) смотри на следующей странице