>

Kuidas lahendada 3. ülesannet eksami füüsikas. Mida peate teadma ühtse riigieksami ülesandeid koostades

Ettevalmistus OGE-ks ja ühtseks riigieksamiks

Keskharidus üldharidus

Liin UMK A.V. Grachev. Füüsika (10–11) (põhi-, edasijõudnute)

Liin UMK A.V. Grachev. Füüsika (7–9)

Liin UMK A.V. Peryshkin. Füüsika (7–9)

Füüsika ühtseks riigieksamiks valmistumine: näited, lahendused, selgitused

Analüüsime koos õpetajaga füüsika ühtse riigieksami (variant C) ülesandeid.

Lebedeva Alevtina Sergeevna, füüsikaõpetaja, 27-aastane töökogemus. Moskva oblasti haridusministeeriumi aukiri (2013), Voskresenski linnaosa juhataja tänukiri (2015), Moskva piirkonna matemaatika- ja füüsikaõpetajate ühingu presidendi tunnistus (2015).

Töös esitatakse erineva raskusastmega ülesanded: põhi-, edasijõudnu- ja kõrgetasemelised. Põhitaseme ülesanded on lihtsad ülesanded, mis panevad proovile olulisemate füüsikaliste mõistete, mudelite, nähtuste ja seaduste valdamise. Edasijõudnute taseme ülesanded on suunatud füüsika mõistete ja seaduste kasutamise oskuse testimisele erinevate protsesside ja nähtuste analüüsimisel, samuti ülesannete lahendamise oskusele ühe või kahe seaduse (valemi) abil mis tahes kooli füüsikakursuse teemal. Töös 4 on 2. osa ülesanded kõrge keerukusega ülesanded ja testivad oskust kasutada füüsikaseadusi ja teooriaid muutunud või uues olukorras. Selliste ülesannete täitmine eeldab teadmiste rakendamist kahest või kolmest füüsikaosast korraga, s.t. kõrge koolituse tase. See valik vastab täielikult ühtse riigieksami 2017 demoversioonile, ülesanded võetakse ühtse riigieksami ülesannete avatud pangast.

Joonisel on kujutatud kiiruse mooduli ja aja graafik t. Määrake graafikult auto läbitud vahemaa ajavahemikus 0 kuni 30 s.


Lahendus. Auto läbitud tee ajavahemikus 0 kuni 30 s on kõige lihtsamini määratletav trapetsi pindalana, mille aluseks on ajavahemikud (30 – 0) = 30 s ja (30 – 10 ) = 20 s ja kõrgus on kiirus v= 10 m/s, s.o.

S = (30 + 20) Koos 10 m/s = 250 m.
2

Vastus. 250 m.

100 kg kaaluv koorem tõstetakse kaabli abil vertikaalselt üles. Joonisel on näidatud kiiruse projektsiooni sõltuvus Vülespoole suunatud telje koormus aja funktsioonina t. Määrake kaabli pingutusjõu moodul tõstmise ajal.



Lahendus. Kiiruse projektsiooni sõltuvuse graafiku järgi v koormus vertikaalselt ülespoole suunatud teljel aja funktsioonina t, saame määrata koormuse kiirenduse projektsiooni

a = ∆v = (8–2) m/s = 2 m/s 2.
∆t 3 s

Koorusele mõjuvad: vertikaalselt allapoole suunatud raskusjõud ja piki kaablit vertikaalselt ülespoole suunatud kaabli tõmbejõud (vt joonis 1). 2. Kirjutame üles dünaamika põhivõrrandi. Kasutame Newtoni teist seadust. Kehale mõjuvate jõudude geomeetriline summa on võrdne keha massi ja sellele avalduva kiirenduse korrutisega.

+ = (1)

Kirjutame maaga seotud võrdlussüsteemi vektorite projektsiooni võrrandi, suunates OY-telje ülespoole. Pingutusjõu projektsioon on positiivne, kuna jõu suund langeb kokku OY telje suunaga, gravitatsioonijõu projektsioon on negatiivne, kuna jõuvektor on vastupidine OY-teljele, siis kiirendusvektori projektsioon on samuti positiivne, nii et keha liigub ülespoole kiirendusega. Meil on

T – mg = ma (2);

valemist (2) tõmbejõu moodul

T = m(g + a) = 100 kg (10 + 2) m/s 2 = 1200 N.

Vastus. 1200 N.

Keha lohistatakse mööda karedat horisontaalset pinda konstantse kiirusega, mille moodul on 1,5 m/s, rakendades sellele jõudu, nagu näidatud joonisel (1). Sel juhul on kehale mõjuva libiseva hõõrdejõu moodul 16 N. Kui suur on jõu poolt arendatav võimsus? F?



Lahendus. Kujutame ette ülesandepüstituses toodud füüsikalist protsessi ja teeme skemaatilise joonise, mis näitab kõiki kehale mõjuvaid jõude (joonis 2). Paneme kirja dünaamika põhivõrrandi.

Tr + + = (1)

Olles valinud fikseeritud pinnaga seotud võrdlussüsteemi, kirjutame vektorite projektsiooni võrrandid valitud koordinaattelgedele. Vastavalt ülesande tingimustele liigub keha ühtlaselt, kuna selle kiirus on konstantne ja võrdne 1,5 m/s. See tähendab, et keha kiirendus on null. Kehale mõjuvad horisontaalselt kaks jõudu: libisemishõõrdejõud tr. ja jõud, millega keha tõmmatakse. Hõõrdejõu projektsioon on negatiivne, kuna jõuvektor ei lange kokku telje suunaga X. Jõu projektsioon F positiivne. Tuletame meelde, et projektsiooni leidmiseks langetame risti vektori algusest ja lõpust valitud teljele. Seda arvesse võttes on meil: F cosα – F tr = 0; (1) väljendame jõu projektsiooni F, See F cosα = F tr = 16 N; (2) siis on jõu arendatav võimsus võrdne N = F cosα V(3) Teeme asendus, võttes arvesse võrrandit (2), ja asendame vastavad andmed võrrandiga (3):

N= 16 N · 1,5 m/s = 24 W.

Vastus. 24 W.

Kerge vedru külge kinnitatud koormus, mille jäikus on 200 N/m, läbib vertikaalseid võnkumisi. Joonisel on kujutatud nihke sõltuvuse graafik x laadige aeg-ajalt t. Määrake koormuse mass. Ümarda oma vastus täisarvuni.


Lahendus. Vedrul olev mass läbib vertikaalseid võnkumisi. Koormusnihke graafiku järgi X ajast t, määrame koormuse võnkeperioodi. Võnkeperiood on võrdne T= 4 s; valemist T= 2π väljendame massi m lasti


= T ; m = T 2 ; m = k T 2 ; m= 200 N/m (4 s) 2 = 81,14 kg ≈ 81 kg.
2π k 4π 2 4π 2 39,438

Vastus: 81 kg.

Joonisel on kahest kergplokist ja kaaluta kaablist koosnev süsteem, millega saab tasakaalus hoida või tõsta 10 kg kaaluvat koormat. Hõõrdumine on tühine. Ülaltoodud joonise analüüsi põhjal valige kaks tõesed väited ja märkige vastuses nende arv.


  1. Koormuse tasakaalus hoidmiseks tuleb trossi otsale mõjuda jõuga 100 N.
  2. Joonisel kujutatud plokkide süsteem ei anna tugevust.
  3. h, peate välja tõmbama trossi pikkuse 3 osa h.
  4. Koorma aeglaselt kõrgusele tõstmiseks hh.

Lahendus. Selle ülesande puhul on vaja meeles pidada lihtsaid mehhanisme, nimelt plokke: liikuv ja fikseeritud plokk. Liigutatav plokk annab kahekordse tugevuse, samas kui trossi osa tuleb tõmmata kaks korda pikemaks ja fikseeritud plokki kasutatakse jõu ümbersuunamiseks. Töös lihtsad võidumehhanismid ei anna. Pärast probleemi analüüsimist valime kohe vajalikud avaldused:

  1. Koorma aeglaselt kõrgusele tõstmiseks h, peate välja tõmbama 2. pikkuse nööriosa h.
  2. Koormuse tasakaalus hoidmiseks tuleb trossi otsale mõjuda jõuga 50 N.

Vastus. 45.

Kaalutu ja venimatu keerme külge kinnitatud alumiiniumist raskus on täielikult veega anumasse kastetud. Koormus ei puuduta laeva seinu ja põhja. Seejärel kastetakse veega samasse anumasse rauast raskus, mille mass on võrdne alumiiniumraskuse massiga. Kuidas muutub selle tulemusena keerme tõmbejõu moodul ja koormusele mõjuva raskusjõu moodul?

  1. Suureneb;
  2. Väheneb;
  3. Ei muutu.


Lahendus. Analüüsime probleemi seisukorda ja tõstame esile need parameetrid, mis uuringu käigus ei muutu: need on keha mass ja vedelik, millesse keha niidil kastetakse. Pärast seda on parem teha skemaatiline joonis ja näidata koormusele mõjuvad jõud: keerme pinge F juhtimine, suunatud piki niiti ülespoole; gravitatsioon, mis on suunatud vertikaalselt allapoole; Archimedese jõud a, mis toimib vedeliku küljelt sukeldatud kehale ja on suunatud ülespoole. Vastavalt ülesande tingimustele on koormuste mass sama, mistõttu koormusele mõjuva raskusjõu moodul ei muutu. Kuna lasti tihedus on erinev, on erinev ka maht.

V = m .
lk

Raua tihedus on 7800 kg/m3 ja alumiiniumlasti tihedus 2700 kg/m3. Seega V ja< V a. Keha on tasakaalus, kõigi kehale mõjuvate jõudude resultant on null. Suuname OY koordinaatide telje ülespoole. Dünaamika põhivõrrandi, võttes arvesse jõudude projektsiooni, kirjutame kujule F juhtimine + F a – mg= 0; (1) Väljendame tõmbejõudu F kontroll = mg – F a(2); Archimedese jõud sõltub vedeliku tihedusest ja sukeldatud kehaosa mahust F a = ρ gV p.h.t. (3); Vedeliku tihedus ei muutu ja raua keha maht on väiksem V ja< V a, seetõttu on rauakoormusele mõjuv Archimedese jõud väiksem. Teeme järelduse keerme pingutusjõu mooduli kohta, töötades võrrandiga (2), see suureneb.

Vastus. 13.

Massiplokk m libiseb maha fikseeritud jämedalt kaldtasandilt, mille aluses on nurk α. Ploki kiirendusmoodul on võrdne a, siis ploki kiiruse moodul suureneb. Õhutakistuse võib tähelepanuta jätta.

Looge vastavus füüsikaliste suuruste ja valemite vahel, millega neid saab arvutada. Iga esimese veeru positsiooni jaoks valige teisest veerust vastav positsioon ja kirjutage valitud numbrid tabelisse vastavate tähtede alla.

B) Ploki ja kaldtasandi vaheline hõõrdetegur

3) mg cosα

4) sinα – a
g cosα

Lahendus. See ülesanne nõuab Newtoni seaduste rakendamist. Soovitame teha skemaatilise joonise; näitavad liikumise kõiki kinemaatilisi omadusi. Võimalusel kujutage kiirendusvektorit ja kõigi liikuvale kehale mõjuvate jõudude vektoreid; pidage meeles, et kehale mõjuvad jõud on teiste kehadega suhtlemise tulemus. Seejärel kirjutage üles dünaamika põhivõrrand. Valige võrdlussüsteem ja kirjutage üles saadud võrrand jõu- ja kiirendusvektorite projektsiooniks;

Pakutud algoritmi järgides teeme skemaatilise joonise (joonis 1). Joonisel on kujutatud ploki raskuskeskmele rakendatavad jõud ja kaldtasandi pinnaga seotud tugisüsteemi koordinaatteljed. Kuna kõik jõud on konstantsed, on ploki liikumine kiiruse suurenedes ühtlaselt muutuv, s.t. kiirendusvektor on suunatud liikumissuunas. Valime telgede suuna, nagu on näidatud joonisel. Kirjutame üles jõudude projektsioonid valitud telgedele.


Kirjutame üles dünaamika põhivõrrandi:

Tr + = (1)

Kirjutame selle võrrandi (1) jõudude ja kiirenduse projektsiooniks.

OY-teljel: maapinna reaktsioonijõu projektsioon on positiivne, kuna vektor langeb kokku OY-telje suunaga Ny = N; hõõrdejõu projektsioon on null, kuna vektor on teljega risti; gravitatsiooni projektsioon on negatiivne ja võrdne mg y= – mg cosα ; kiirendusvektori projektsioon jah= 0, kuna kiirendusvektor on teljega risti. Meil on N – mg cosα = 0 (2) võrrandist väljendame plokile mõjuvat reaktsioonijõudu kaldtasandi küljelt. N = mg cosα (3). Paneme kirja projektsioonid OX-teljel.

OX-teljel: jõu projektsioon N on võrdne nulliga, kuna vektor on OX-teljega risti; Hõõrdejõu projektsioon on negatiivne (vektor on suunatud valitud telje suhtes vastupidises suunas); gravitatsiooni projektsioon on positiivne ja võrdne mg x = mg sinα (4) täisnurksest kolmnurgast. Kiirenduse projektsioon on positiivne a x = a; Seejärel kirjutame võrrandi (1) projektsiooni arvesse võttes mg sinα – F tr = ma (5); F tr = m(g sinα – a) (6); Pidage meeles, et hõõrdejõud on võrdeline normaalrõhu jõuga N.

A-prioor F tr = μ N(7), väljendame ploki hõõrdetegurit kaldtasandil.

μ = F tr = m(g sinα – a) = tgα – a (8).
N mg cosα g cosα

Valime iga tähe jaoks sobivad positsioonid.

Vastus. A – 3; B-2.

Ülesanne 8. Gaasiline hapnik on anumas mahuga 33,2 liitrit. Gaasi rõhk on 150 kPa, temperatuur 127° C. Määrake selles anumas oleva gaasi mass. Väljendage vastus grammides ja ümardage lähima täisarvuni.

Lahendus. Oluline on pöörata tähelepanu ühikute teisendamisele SI-süsteemi. Teisenda temperatuur Kelviniteks T = t°C + 273, maht V= 33,2 l = 33,2 · 10 –3 m 3; Teisendame rõhu P= 150 kPa = 150 000 Pa. Ideaalgaasi olekuvõrrandi kasutamine

Avaldame gaasi massi.

Kindlasti pöörake tähelepanu sellele, millistel üksustel palutakse vastus kirja panna. See on väga tähtis.

Vastus.„48

Ülesanne 9. Ideaalne üheaatomiline gaas koguses 0,025 mol paisub adiabaatiliselt. Samal ajal langes selle temperatuur +103°C pealt +23°C peale. Kui palju tööd on gaas ära teinud? Väljendage oma vastust džaulides ja ümardage lähima täisarvuni.

Lahendus. Esiteks on gaas vabadusastmete monoatomne arv i= 3, teiseks paisub gaas adiabaatiliselt - see tähendab ilma soojusvahetuseta K= 0. Gaas töötab siseenergiat vähendades. Seda arvesse võttes kirjutame termodünaamika esimese seaduse kujul 0 = ∆ U + A G; (1) väljendame gaasitööd A g = –∆ U(2); Me kirjutame üheaatomilise gaasi siseenergia muutuse kui

Vastus. 25 J.

Õhuosa suhteline niiskus teatud temperatuuril on 10%. Mitu korda tuleks selle õhuosa rõhku muuta, et konstantsel temperatuuril suureneks suhteline õhuniiskus 25%?

Lahendus. Kõige sagedamini valmistavad koolilastele raskusi küsimused, mis on seotud küllastunud auru ja õhuniiskusega. Kasutame suhtelise õhuniiskuse arvutamiseks valemit

Vastavalt probleemi tingimustele temperatuur ei muutu, mis tähendab, et küllastunud auru rõhk jääb samaks. Kirjutame üles valem (1) kahe õhu oleku jaoks.

φ 1 = 10%; φ 2 = 35%

Avaldame õhurõhku valemitest (2), (3) ja leiame rõhu suhte.

P 2 = φ 2 = 35 = 3,5
P 1 φ 1 10

Vastus. Rõhku tuleks suurendada 3,5 korda.

Kuum vedel aine jahutati aeglaselt sulatusahjus konstantsel võimsusel. Tabelis on näidatud aine temperatuuri mõõtmise tulemused aja jooksul.

Valige pakutavast loendist kaks avaldused, mis vastavad tehtud mõõtmiste tulemustele ja märgivad nende numbrid.

  1. Aine sulamistemperatuur nendes tingimustes on 232°C.
  2. 20 minuti pärast. pärast mõõtmiste algust oli aine alles tahkes olekus.
  3. Aine soojusmahtuvus vedelas ja tahkes olekus on sama.
  4. Pärast 30 min. pärast mõõtmiste algust oli aine alles tahkes olekus.
  5. Aine kristalliseerumisprotsess kestis üle 25 minuti.

Lahendus. Aine jahtudes vähenes selle siseenergia. Temperatuuri mõõtmise tulemused võimaldavad meil määrata temperatuuri, mille juures aine hakkab kristalliseeruma. Kui aine muutub vedelast tahkeks, siis temperatuur ei muutu. Teades, et sulamistemperatuur ja kristalliseerumistemperatuur on samad, valime väite:

1. Aine sulamistemperatuur nendes tingimustes on 232°C.

Teine õige väide on:

4. Pärast 30 min. pärast mõõtmiste algust oli aine alles tahkes olekus. Kuna temperatuur on sellel ajahetkel juba madalam kui kristalliseerumistemperatuur.

Vastus. 14.

Isoleeritud süsteemis on keha A temperatuur +40°C ja keha B temperatuur +65°C. Need kehad viidi üksteisega termiliselt kokku. Mõne aja pärast saabus termiline tasakaal. Kuidas muutusid selle tulemusena keha B temperatuur ning kehade A ja B kogusiseenergia?

Määrake iga koguse jaoks muudatuse olemus:

  1. Suurenenud;
  2. Vähenenud;
  3. Ei ole muutunud.

Kirjutage tabelisse iga füüsilise suuruse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Kui isoleeritud kehade süsteemis peale soojusvahetuse ei toimu muid energia muundumisi, siis kehade poolt, mille siseenergia väheneb, eraldatav soojushulk võrdub soojushulgaga, mida saavad kehad, mille siseenergia suureneb. (Vastavalt energia jäävuse seadusele.) Sel juhul süsteemi kogu siseenergia ei muutu. Seda tüüpi ülesanded lahendatakse soojusbilansi võrrandi alusel.

∆U = ∑ n ∆U i = 0 (1);
i = 1

kus ∆ U– siseenergia muutus.

Meie puhul väheneb soojusvahetuse tulemusena keha B siseenergia, mis tähendab, et selle keha temperatuur langeb. Keha A siseenergia suureneb, kuna keha sai kehalt B teatud koguse soojust, tõuseb selle temperatuur. Kehade A ja B kogusiseenergia ei muutu.

Vastus. 23.

Prooton lk, lendab elektromagneti pooluste vahelisse pilusse, omab kiirust risti magnetvälja induktsioonivektoriga, nagu on näidatud joonisel. Kus on prootonile mõjuv Lorentzi jõud, mis on suunatud joonise suhtes (üles, vaatleja poole, vaatlejast eemale, alla, vasakule, paremale)


Lahendus. Magnetväli mõjub laetud osakesele Lorentzi jõuga. Selle jõu suuna määramiseks on oluline meeles pidada vasaku käe mnemoreeglit, ärge unustage arvestada osakese laenguga. Suuname vasaku käe neli sõrme mööda kiirusvektorit, positiivselt laetud osakese puhul peaks vektor sisenema peopessa risti, 90° nurga all olev pöial näitab osakesele mõjuva Lorentzi jõu suunda. Selle tulemusena saame, et Lorentzi jõuvektor on joonise suhtes vaatlejast eemale suunatud.

Vastus. vaatlejalt.

Elektrivälja tugevuse moodul võimsusega 50 μF tasapinnalises õhukondensaatoris on võrdne 200 V/m. Kondensaatoriplaatide vaheline kaugus on 2 mm. Mis on kondensaatori laeng? Kirjutage oma vastus µC.

Lahendus. Teisendame kõik mõõtühikud SI süsteemi. Mahtuvus C = 50 µF = 50 10 -6 F, plaatide vaheline kaugus d= 2 · 10 –3 m Ülesanne räägib lamedast õhukondensaatorist - seadmest elektrilaengu ja elektrivälja energia salvestamiseks. Elektrilise mahtuvuse valemist

Kus d- plaatide vaheline kaugus.

Väljendame pinget U=E d(4); Asendame (4) väärtusega (2) ja arvutame kondensaatori laengu.

q = C · Ed= 50 10 –6 200 0,002 = 20 µC

Palun pöörake tähelepanu ühikutele, milles peate vastuse kirjutama. Saime selle kulonides, kuid esitame selle µC-des.

Vastus. 20 uC.


Õpilane viis läbi fotol näidatud valguse murdumise katse. Kuidas muutub klaasis leviva valguse murdumisnurk ja klaasi murdumisnäitaja langemisnurga suurenedes?

  1. Suureneb
  2. Väheneb
  3. Ei muutu
  4. Kirjutage tabelisse iga vastuse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Seda tüüpi probleemide puhul mäletame, mis on murdumine. See on laine levimissuuna muutumine ühest keskkonnast teise üleminekul. Selle põhjuseks on asjaolu, et lainete levimise kiirused nendes keskkondades on erinevad. Olles välja mõelnud, millisesse keskkonda valgus levib, kirjutagem murdumisseadus kujul

sinα = n 2 ,
sinβ n 1

Kus n 2 – klaasi absoluutne murdumisnäitaja, keskkond, kuhu valgus läheb; n 1 on esimese keskkonna, millest valgus tuleb, absoluutne murdumisnäitaja. Õhu jaoks n 1 = 1. α on kiire langemisnurk klaasist poolsilindri pinnale, β on kiire murdumisnurk klaasis. Pealegi on murdumisnurk väiksem kui langemisnurk, kuna klaas on optiliselt tihedam keskkond - kõrge murdumisnäitajaga keskkond. Valguse levimise kiirus klaasis on aeglasem. Pange tähele, et me mõõdame nurki kiirte langemispunktis taastatud ristist. Kui suurendate langemisnurka, suureneb ka murdumisnurk. See ei muuda klaasi murdumisnäitajat.

Vastus.

Vase hüppaja teatud ajahetkel t 0 = 0 hakkab liikuma kiirusega 2 m/s mööda paralleelseid horisontaalseid juhtivaid rööpaid, mille otstesse on ühendatud 10 oomi takisti. Kogu süsteem on vertikaalses ühtlases magnetväljas. Hüppaja ja siinide takistus on tühine, hüppaja asub alati rööbastega risti. Magnetilise induktsiooni vektori voog Ф läbi hüppaja, siinide ja takisti moodustatud ahela muutub aja jooksul t nagu on näidatud graafikul.


Valige graafiku abil kaks õiget väidet ja märkige vastuses nende numbrid.

  1. Selleks ajaks t= 0,1 s magnetvoo muutus läbi ahela on 1 mWb.
  2. Induktsioonivool džempris vahemikus alates t= 0,1 s t= max 0,3 s.
  3. Ahelas tekkiva induktiivse emfi moodul on 10 mV.
  4. Jumperis voolava induktsioonivoolu tugevus on 64 mA.
  5. Hüppaja liikumise säilitamiseks rakendatakse sellele jõudu, mille projektsioon rööbaste suunale on 0,2 N.

Lahendus. Kasutades graafikut ahelat läbiva magnetinduktsiooni vektori voo sõltuvuse ajast, määrame alad, kus voog F muutub ja kus voo muutus on null. See võimaldab meil määrata ajavahemikud, mille jooksul indutseeritud vool ahelasse ilmub. Õige väide:

1) Ajaks t= 0,1 s vooluringi läbiva magnetvoo muutus võrdub 1 mWb ∆Ф = (1 – 0) 10 –3 Wb; Ahelas tekkiva induktiivse emfi moodul määratakse kindlaks EMR seaduse abil

Vastus. 13.


Kasutades voolu ja aja graafikut elektriahelas, mille induktiivsus on 1 mH, määrake iseinduktiivne emf-moodul ajavahemikus 5 kuni 10 s. Kirjutage oma vastus µV-des.

Lahendus. Teisendame kõik suurused SI süsteemi, st. teisendame induktiivsuse 1 mH H-ks, saame 10 –3 H. Samuti teisendame joonisel näidatud voolu mA-ks A-ks, korrutades 10–3-ga.

Eneseinduktsiooni emf valemil on vorm

sel juhul antakse ajavahemik vastavalt ülesande tingimustele

∆t= 10 s – 5 s = 5 s

sekundit ja graafiku abil määrame voolu muutumise intervalli selle aja jooksul:

∆I= 30 10 –3 – 20 10 –3 = 10 10 –3 = 10 –2 A.

Asendame arvväärtused valemiga (2), saame

| Ɛ | = 2 ·10 –6 V või 2 µV.

Vastus. 2.

Kaks läbipaistvat tasapinnalist paralleelset plaati surutakse tihedalt üksteise vastu. Valguskiir langeb õhust esimese plaadi pinnale (vt joonist). On teada, et ülemise plaadi murdumisnäitaja on võrdne n 2 = 1,77. Looge vastavus füüsikaliste suuruste ja nende tähenduste vahel. Iga esimese veeru positsiooni jaoks valige teisest veerust vastav positsioon ja kirjutage valitud numbrid tabelisse vastavate tähtede alla.


Lahendus. Valguse murdumise probleemide lahendamiseks kahe kandja liidesel, eelkõige valguse läbimisel tasapinnaliste paralleelsete plaatidega, võib soovitada järgmist lahendusmenetlust: tehke joonis, mis näitab ühest keskkonnast tulevate kiirte teekonda. teine; Kiire langemispunktis kahe keskkonna vahelisel liidesel tõmmake pinnale normaal, märkige langemis- ja murdumisnurgad. Pöörake erilist tähelepanu vaadeldava kandja optilisele tihedusele ja pidage meeles, et kui valguskiir liigub optiliselt vähemtihedast keskkonnast optiliselt tihedamale keskkonnale, on murdumisnurk väiksem kui langemisnurk. Joonisel on kujutatud langeva kiire ja pinna vaheline nurk, kuid vajame langemisnurka. Pidage meeles, et nurgad määratakse löögipunktis taastatud risti järgi. Määrame, et kiire langemisnurk pinnale on 90° – 40° = 50°, murdumisnäitaja n 2 = 1,77; n 1 = 1 (õhk).

Paneme kirja murdumisseaduse

sinβ = patt50 = 0,4327 ≈ 0,433
1,77

Joonistame tala ligikaudse teekonna läbi plaatide. Piiride 2–3 ja 3–1 jaoks kasutame valemit (1). Vastuseks saame

A) Tala langemisnurga siinus plaatide vahelisel piiril 2–3 on 2) ≈ 0,433;

B) Kiire murdumisnurk piiri 3–1 ületamisel (radiaanides) on 4) ≈ 0,873.

Vastus. 24.

Määrake, kui palju α-osakesi ja kui palju prootoneid tekib termotuumasünteesi reaktsiooni tulemusena

+ → x+ y;

Lahendus. Kõigis tuumareaktsioonides järgitakse elektrilaengu ja nukleonide arvu jäävuse seadusi. Tähistame x-ga alfaosakeste arvu, y-ga prootonite arvu. Koostame võrrandid

+ → x + y;

meie käsutuses oleva süsteemi lahendamine x = 1; y = 2

Vastus. 1 – α-osake; 2 – prootonid.

Esimese footoni impulsimoodul on 1,32 · 10 –28 kg m/s, mis on 9,48 · 10 –28 kg m/s vähem kui teise footoni impulssmoodul. Leia teise ja esimese footoni energiasuhe E 2 /E 1. Ümarda oma vastus lähima kümnendikuni.

Lahendus. Teise footoni impulss on vastavalt tingimusele suurem kui esimese footoni impulss, mis tähendab, et seda saab esitada lk 2 = lk 1 + Δ lk(1). Footoni energiat saab väljendada footoni impulsi kaudu, kasutades järgmisi võrrandeid. See E = mc 2 (1) ja lk = mc(2), siis

E = pc (3),

Kus E- footoni energia, lk– footoni impulss, m – footoni mass, c= 3 · 10 8 m/s – valguse kiirus. Võttes arvesse valemit (3), on meil:

E 2 = lk 2 = 8,18;
E 1 lk 1

Ümardame vastuse kümnenditeni ja saame 8,2.

Vastus. 8,2.

Aatomi tuum on läbinud radioaktiivse positroni β - lagunemise. Kuidas muutus selle tulemusena tuuma elektrilaeng ja neutronite arv selles?

Määrake iga koguse jaoks muudatuse olemus:

  1. Suurenenud;
  2. Vähenenud;
  3. Ei ole muutunud.

Kirjutage tabelisse iga füüsilise suuruse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Positroni β – lagunemine aatomituumas toimub siis, kui prooton muutub positroni emissiooniga neutroniks. Selle tulemusena suureneb tuumas neutronite arv ühe võrra, elektrilaeng väheneb ühe võrra ja tuuma massiarv jääb muutumatuks. Seega on elemendi muundamisreaktsioon järgmine:

Vastus. 21.

Laboris viidi läbi viis katset, et jälgida difraktsiooni erinevate difraktsioonivõrede abil. Iga võre valgustati paralleelsete kindla lainepikkusega monokromaatilise valguse kiirtega. Kõikidel juhtudel langes valgus võrega risti. Kahes neist katsetest täheldati sama arvu peamisi difraktsioonimaksimume. Märkige esmalt katse number, milles kasutati lühema perioodiga difraktsioonvõret, ja seejärel katse number, milles kasutati suurema perioodiga difraktsioonvõret.

Lahendus. Valguse difraktsioon on nähtus, kus valguskiir geomeetrilise varju piirkonda. Difraktsiooni võib täheldada siis, kui valguslaine teekonnal on suurtes takistustes läbipaistmatud alad või augud, mis on valgusele läbipaistmatud ja nende alade või aukude suurus on proportsionaalne lainepikkusega. Üks olulisemaid difraktsiooniseadmeid on difraktsioonivõre. Difraktsioonimustri maksimumide nurksuunad määratakse võrrandiga

d sinφ = kλ (1),

Kus d– difraktsioonivõre periood, φ – nurk võre normaalse ja difraktsioonimustri ühe maksimumi suuna vahel, λ – valguse lainepikkus, k– täisarv, mida nimetatakse difraktsioonimaksimumi järjekorraks. Avaldame võrrandist (1)

Valides paarid vastavalt katsetingimustele, valime esmalt 4, kus kasutati lühema perioodiga difraktsioonvõret ja seejärel katse numbri, milles kasutati suurema perioodiga difraktsioonvõret - see on 2.

Vastus. 42.

Vool voolab läbi traattakisti. Takisti asendati teisega, samast metallist ja sama pikkusega, kuid poole ristlõikepindalaga juhtmega, millest juhiti läbi pool voolu. Kuidas muutub takisti pinge ja selle takistus?

Määrake iga koguse jaoks muudatuse olemus:

  1. Suureneb;
  2. Väheneb;
  3. Ei muutu.

Kirjutage tabelisse iga füüsilise suuruse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Oluline on meeles pidada, millistest väärtustest sõltub juhi takistus. Takistuse arvutamise valem on

Ohmi seadus ahela lõigu kohta, valemist (2) väljendame pinget

U = Mina R (3).

Vastavalt probleemi tingimustele on teine ​​takisti valmistatud samast materjalist, sama pikkusega, kuid erineva ristlõikepindalaga traadist. Pindala on kaks korda väiksem. Asendades (1) leiame, et takistus suureneb 2 korda ja vool väheneb 2 korda, seega pinge ei muutu.

Vastus. 13.

Matemaatilise pendli võnkeperiood Maa pinnal on 1,2 korda pikem kui selle võnkeperiood teatud planeedil. Kui suur on gravitatsioonist tingitud kiirendus sellel planeedil? Atmosfääri mõju on mõlemal juhul tühine.

Lahendus. Matemaatiline pendel on süsteem, mis koosneb niidist, mille mõõtmed on palju suuremad kui kuuli ja kuuli enda mõõtmed. Raskusi võib tekkida, kui unustada Tomsoni valem matemaatilise pendli võnkeperioodi kohta.

T= 2π (1);

l– matemaatilise pendli pikkus; g- gravitatsiooni kiirendus.

Tingimuste järgi

Väljendame (3) g n = 14,4 m/s 2. Tuleb märkida, et raskuskiirendus sõltub planeedi massist ja raadiusest

Vastus. 14,4 m/s 2.

1 m pikkune sirge juht, mille vool on 3 A, paikneb ühtlases induktsiooniga magnetväljas IN= 0,4 Teslat vektori suhtes 30° nurga all. Kui suur on magnetväljast juhile mõjuv jõud?

Lahendus. Kui asetate voolu juhtiva juhtme magnetvälja, mõjub voolu juhtival olev väli amprijõuga. Paneme kirja jõumooduli Ampere valemi

F A = Ma LB sinα ;

F A = 0,6 N

Vastus. F A = 0,6 N.

Mähisesse salvestunud magnetvälja energia alalisvoolu läbimisel võrdub 120 J. Mitu korda tuleb pooli mähist läbiva voolu tugevust suurendada, et sinna salvestatud magnetvälja energia suureneks autor 5760 J.

Lahendus. Pooli magnetvälja energia arvutatakse valemiga

W m = LI 2 (1);
2

Tingimuste järgi W 1 = 120 J, siis W 2 = 120 + 5760 = 5880 J.

I 1 2 = 2W 1 ; I 2 2 = 2W 2 ;
L L

Siis praegune suhe

I 2 2 = 49; I 2 = 7
I 1 2 I 1

Vastus. Voolutugevust tuleb suurendada 7 korda. Sisestate vastusevormile ainult numbri 7.

Elektriahel koosneb kahest lambipirnist, kahest dioodist ja juhtmest, mis on ühendatud joonisel näidatud viisil. (Diood võimaldab voolul liikuda ainult ühes suunas, nagu on näidatud pildi ülaosas.) Milline pirnidest süttib, kui viia magneti põhjapoolus mähisele lähemale? Selgitage oma vastust, näidates, milliseid nähtusi ja mustreid te oma selgituses kasutasite.


Lahendus. Magnetilise induktsiooni jooned väljuvad magneti põhjapoolusest ja lahknevad. Magneti lähenedes suureneb juhtmepooli läbiv magnetvoog. Vastavalt Lenzi reeglile peab pooli induktiivvoolu tekitatav magnetväli olema suunatud paremale. Gimleti reegli kohaselt peaks vool kulgema päripäeva (vasakult vaadatuna). Teise lambiahela diood läbib selles suunas. See tähendab, et teine ​​lamp süttib.

Vastus. Teine tuli süttib.

Alumiiniumist kodara pikkus L= 25 cm ja ristlõike pindala S= 0,1 cm 2 riputatud ülemise otsa keermele. Alumine ots toetub anuma horisontaalsele põhjale, kuhu vesi valatakse. Kodara vee all oleva osa pikkus l= 10 cm Leidke jõud F, millega kudumisvarras surub anuma põhja, kui on teada, et niit asub vertikaalselt. Alumiiniumi tihedus ρ a = 2,7 g/cm 3, vee tihedus ρ b = 1,0 g/cm 3. Gravitatsiooni kiirendus g= 10 m/s 2

Lahendus. Teeme selgitava joonise.


– keerme pingutusjõud;

– laeva põhja reaktsioonijõud;

a on Archimedese jõud, mis mõjub ainult sukeldatud kehaosale ja rakendatakse kodara sukeldatud osa keskele;

– gravitatsioonijõud, mis mõjub kodarale Maalt ja rakendub kogu kodara keskpunktile.

Definitsiooni järgi kodara mass m ja Archimedese jõumoodulit väljendatakse järgmiselt: m = SLρa (1);

F a = Slρ sisse g (2)

Vaatleme jõudude momente kodara riputuspunkti suhtes.

M(T) = 0 – tõmbejõu moment; (3)

M(N)= NL cosα on toetusreaktsioonijõu hetk; (4)

Võttes arvesse hetkede märke, kirjutame võrrandi

NL cosα + Slρ sisse g (L – l )cosα = SLρ a g L cosα (7)
2 2

arvestades, et Newtoni kolmanda seaduse järgi on anuma põhja reaktsioonijõud võrdne jõuga F d millega kudumisvarras vajutab anuma põhja kirjutame N = F d ja võrrandist (7) väljendame seda jõudu:

F d = [ 1 Lρ a– (1 – l )lρ sisse ] Sg (8).
2 2L

Asendame arvandmed ja saame need

F d = 0,025 N.

Vastus. F d = 0,025 N.

Silindrit sisaldav m 1 = 1 kg lämmastikku, tugevuskatse ajal plahvatas temperatuuril t 1 = 327 °C. Kui suur vesiniku mass m 2 võiks sellises silindris temperatuuril hoida t 2 = 27°C, millel on viiekordne ohutusvaru? Lämmastiku molaarmass M 1 = 28 g/mol, vesinik M 2 = 2 g/mol.

Lahendus. Kirjutame Mendelejevi – Clapeyroni ideaalse gaasi olekuvõrrandi lämmastiku jaoks

Kus V- silindri maht, T 1 = t 1 + 273 °C. Vastavalt seisundile saab vesinikku säilitada rõhu all lk 2 = p 1/5; (3) Arvestades seda

vesiniku massi saame väljendada töötades otse võrranditega (2), (3), (4). Lõplik valem näeb välja selline:

m 2 = m 1 M 2 T 1 (5).
5 M 1 T 2

Pärast arvandmete asendamist m 2 = 28 g.

Vastus. m 2 = 28 g.

Ideaalses võnkeahelas on induktiivpooli voolukõikumiste amplituud ma m= 5 mA ja kondensaatori pinge amplituud U m= 2,0 V. Ajal t pinge kondensaatoril on 1,2 V. Leidke voolutugevus mähises sel hetkel.

Lahendus. Ideaalses võnkeahelas võnkeenergia säilib. Hetkeks t on energia jäävuse seadusel vorm

C U 2 + L I 2 = L ma m 2 (1)
2 2 2

Amplituudi (maksimaalsete) väärtuste jaoks kirjutame

ja võrrandist (2) väljendame

C = ma m 2 (4).
L U m 2

Asendame (4) väärtusega (3). Selle tulemusena saame:

I = ma m (5)

Seega vool mähises hetkel t võrdne

I= 4,0 mA.

Vastus. I= 4,0 mA.

2 m sügavuse veehoidla põhjas on peegel. Vett läbiv valguskiir peegeldub peeglist ja väljub veest. Vee murdumisnäitaja on 1,33. Leidke kaugus kiire vette sisenemise punkti ja kiire veest väljumise punkti vahel, kui kiire langemisnurk on 30°

Lahendus. Teeme selgitava joonise


α on kiire langemisnurk;

β on kiire murdumisnurk vees;

AC on kaugus kiire vette sisenemise punkti ja kiire veest väljumise punkti vahel.

Vastavalt valguse murdumise seadusele

sinβ = sinα (3)
n 2

Mõelge ristkülikukujulisele ΔADB-le. Selles AD = h, siis DB = AD

tgβ = h tgβ = h sinα = h sinβ = h sinα (4)
cosβ

Saame järgmise väljendi:

AC = 2 DB = 2 h sinα (5)

Asendame arvulised väärtused saadud valemis (5)

Vastus. 1,63 m.

Ühtseks riigieksamiks valmistudes kutsume teid tutvuma füüsika töökava 7.–9. klassile Peryshkina A.V. UMK liinile. Ja kõrgtaseme tööprogramm 10.-11. klassile õppematerjalide jaoks Myakisheva G.Ya. Programmid on vaatamiseks ja tasuta allalaadimiseks saadaval kõigile registreeritud kasutajatele.

Muudatused 2019. aasta füüsika ühtse riigieksami ülesannetes pole aastat.

2019. aasta füüsika ühtse riigieksami ülesannete struktuur

Eksamitöö koosneb kahest osast, sh 32 ülesannet.

1. osa sisaldab 27 ülesannet.

  • Ülesannetes 1–4, 8–10, 14, 15, 20, 25–27 on vastuseks täisarv või lõplik kümnendmurd.
  • Ülesannete 5–7, 11, 12, 16–18, 21, 23 ja 24 vastus on kahe numbri jada.
  • Ülesannete 19 ja 22 vastus on kaks numbrit.

2. osa sisaldab 5 ülesannet. Ülesannete 28–32 vastus sisaldab ülesande kogu edenemise üksikasjalikku kirjeldust. Ülesannete teist osa (täpse vastusega) hindab ekspertkomisjon alusel.

Füüsika ühtsed riigieksami teemad, mis lisatakse eksamitööle

  1. Mehaanika(kinemaatika, dünaamika, staatika, mehaanika jäävusseadused, mehaanilised vibratsioonid ja lained).
  2. Molekulaarfüüsika(molekulaarkineetiline teooria, termodünaamika).
  3. SRT elektrodünaamika ja põhialused(elektriväli, alalisvool, magnetväli, elektromagnetiline induktsioon, elektromagnetilised võnkumised ja lained, optika, SRT põhialused).
  4. Kvantfüüsika ja astrofüüsika elemendid(lainekorpuskulaarne dualism, aatomifüüsika, aatomituuma füüsika, astrofüüsika elemendid).

Füüsika ühtse riigieksami kestus

Kogu eksamitöö viiakse lõpule 235 minutit.

Ligikaudne aeg erinevate tööosade ülesannete täitmiseks on:

  1. iga lühivastusega ülesande jaoks – 3–5 minutit;
  2. iga üksikasjaliku vastusega ülesande jaoks – 15–20 minutit.

Mida saate eksamiks võtta:

  • Kasutatakse mitteprogrammeeritavat kalkulaatorit (iga õpilase jaoks), millel on võimalus arvutada trigonomeetrilisi funktsioone (cos, sin, tg) ja joonlauda.
  • Täiendavate seadmete ja seadmete loetelu, mille kasutamine on ühtse riigieksami jaoks lubatud, kinnitab Rosobrnadzor.

Tähtis!!! Eksamil ei tohiks loota petulehtedele, näpunäidetele ega tehniliste vahendite (telefonid, tahvelarvutid) kasutamisele. Ühtse riigieksami 2019 videovalvet tugevdatakse täiendavate kaameratega.

Ühtse riigieksami hinded füüsikas

  • 1 punkt – 1-4, 8, 9, 10, 13, 14, 15, 19, 20, 22, 23, 25, 26, 27 ülesande eest.
  • 2 punkti – 5, 6, 7, 11, 12, 16, 17, 18, 21, 24.
  • 3 punkti – 28, 29, 30, 31, 32.

Kokku: 52 punkti(maksimaalne esmane punktisumma).

Mida peate teadma ühtseks riigieksamiks ülesannete ettevalmistamisel:

  • Teadma/mõistma füüsikaliste mõistete, suuruste, seaduste, põhimõtete, postulaatide tähendust.
  • Oskab kirjeldada ja selgitada kehade (sh kosmoseobjektide) füüsikalisi nähtusi ja omadusi, katsete tulemusi... tuua näiteid füüsikaliste teadmiste praktilisest kasutamisest
  • Eristada hüpoteese teaduslikust teooriast, teha eksperimendi põhjal järeldusi jne.
  • Oskab omandatud teadmisi rakendada füüsiliste probleemide lahendamisel.
  • Kasuta omandatud teadmisi ja oskusi praktilises tegevuses ja igapäevaelus.

Kust alustada füüsika ühtseks riigieksamiks valmistumist:

  1. Uurige iga ülesande jaoks vajalikku teooriat.
  2. Harjutustesti ülesanded füüsikas, mis on välja töötatud ühtse riigieksami alusel. Meie veebisaidil uuendatakse füüsika ülesandeid ja valikuid.
  3. Hallake oma aega õigesti.

Soovime teile edu!

1. OSA (ülesanded 1–24)

1. harjutus. Joonisel on kujutatud keha kiiruse ja aja graafikut Vx projektsiooni jaoks. Milline on selle keha kiirenduse projektsioon Ax ajavahemikus 4 kuni 8 s?

Lahendus. Intervallil 4 kuni 8 sekundit (4 sekundiga) langes kiirus 12 meetrilt 4 meetrile sekundis. Kiirendus on kiiruse muutuse ja ajaperioodi suhe, mille jooksul see muutus toimus.

Vastus - 2("miinus" märk tuleneb sellest, et kiirus vähenes, liikumine oli aeglane, mitte kiirendatud, aeglase liikumise korral on kiirendus negatiivne)

2. ülesanne. Graafik näitab libiseva hõõrdejõu mooduli sõltuvust normaalrõhu jõumoodulist. Mis on hõõrdetegur?

Lahendus.Ülesanne lihtsalt testib, kas teil on hõõrdejõust ettekujutus. Siin on pilt. Poiss üritab rasket kappi tirida. Teda takistatakse hõõrdejõud. See oleneb 1) kui tugevalt on hõõruvad pinnad üksteise vastu surutud; 2) nende pindade seisukorra kohta - karedad või siledad, mis materjalist need on, kas nende vahel on määrdeainet.

Rõhku hindame normaalrõhu jõuga N. (Normaalne tähendab "tavaliselt" suunatud, st hõõrumispindadega risti). Ja hõõrdepindade olekut hinnatakse hõõrdeteguriga "mu".
Tuntud valem

Võtame näiteks graafiku mis tahes punkti, kui N = 8 ja Ftr = 1

Siis

Vastus 0,125

3. ülesanne. Sileda kaldtasandi põhjas on 10 g seibi kineetiline energia 0,04 J. Määrake maksimaalne kõrgus, milleni seib saab aluse suhtes piki tasapinda tõusta. Jäta tähelepanuta õhutakistus.

Lahendus. Mingi litter, kas hokilitter või mutri alla pandud, libiseb kaldtasandil üles. (Vaevalt hoki oma, 10 grammi on liiga väike mass). Puudub hõõrdumine, seega ainult gravitatsioon takistab litri liikumist. Lõpuks ta peatus.

Litril oli liikumise alguses vastavalt seisundile kineetiline energia .Kineetiline energia oleneb sõidukiiruse kohta(isegi kiiruse ruudust).

Liikumise lõpus sai litri kiirus võrdseks 0-ga, mistõttu kineetiline energia võrdus 0-ga. Aga kuhu see kadus? Energia jäävuse seaduse järgi ei saa see jäljetult kaduda, vaid läheb üle ühest tüübist teise. See muutub POTENTSIAALSEKS energiaks.
Potentsiaalne energia sõltub keretõste kõrguselt. Alusel oli kõrgus null ja potentsiaalne energia null. Ja nüüd on KÕIK kineetika muutunud potentsiaalseks, potentsiaalne energia maksimaalse tõusu punktis võrdub 0,04 J. Siit on lihtne leida maksimaalse tõusu kõrgust. Pidage meeles, et teisendage litri mass SI-ks.
10 g = 0,01 kg

Vastus 0.4(ühendatud riigieksamil on tavaks võtta raskuskiirenduseks mitte 9,81, vaid täpselt 10). Tuleb märkida, et kui litter ei libiseks ilma hõõrdumiseta kaldkiirusega üles, vaid visataks lihtsalt üles, siis laheneks probleem täpselt samamoodi.

4. ülesanne. Keha massiga 0,2 kg riputatakse kaaluta kangi parema õla külge (vt joonist). Millise massi tuleb tasakaalu saavutamiseks riputada kangi vasaku õla teise osa külge?

Lahendus. Kui hoob saab mõne fikseeritud punkti suhtes pöörata, ei ole oluline mitte ainult see, kui suur jõud kipub seda päri- või vastupäeva pöörama, vaid ka JÕUDE RAKENDAMISE PUNKT. Jõumoment = jõu suurus korrutatuna võimendusega(õlg on omakorda kaugus kangi pöörlemisteljest jõu rakendamise punktini)

Meie probleemis pöörab hoob päripäeva 0,2 kg kaaluvat keha, mis on riputatud kangi pöörlemisteljest 3 pikkusühiku kaugusel. Peame leidma sellise massi

Leiame:

Vastus 0.3(Tingimuses on kirjas, et kang on kaaluta ehk kangi otste omaraskust ei arvestata kuidagi, seda pole olemas).

5. ülesanne. Tabelis on toodud andmed vedru külge kinnitatud ja piki horisontaaltelge Ox erinevatel aegadel võnkuva kuuli asukoha kohta.

t, s
x, mm

Valige allolevast loendist kaks õiget väidet ja märkige nende numbrid:

  1. Vedru potentsiaalne energia ajahetkel 1,0 s on maksimaalne
  2. Kuuli võnkeperiood on 4,0 s
  3. Kuuli kineetiline energia ajahetkel 2,0 s on minimaalne
  4. Kuuli võnkumiste amplituud on 30 mm
  5. Kuulist ja vedrust koosneva pendli mehaaniline koguenergia ajahetkel 3,0 s on minimaalne

Lahendus. Mõelgem välja, mis see ülesanne seisneb. Pall võib liikuda vasakule ja paremale mööda siledat varrast ilma hõõrdumiseta. Kui vedru ei deformeeru, siis on kuul tasakaaluasendis, mille tähistame X-teljel nullina – alguspunktiks. Venitame vedru. Seega "laadisime" oma palli potentsiaalse energiaga.
(Märkus: ülesandes 3 ütlesime, et potentsiaalne energia sõltub tõste kõrgusest. See on tõsi, kuid see on ülestõstetud keha potentsiaalne energia. Samuti on olemas deformeerunud keha potentsiaalne energia - kokkusurutud või venitatud vedru See sõltub deformatsiooni suurusest).
Sel juhul, mida suurem on vedru deformatsioon, seda suurem on potentsiaalne energia ehk äärmises parempoolses asendis (teine ​​pilt ülalt).

Laseme palli lahti. Vedru hakkab kokku suruma, viies palli tagasi null-tasakaaluasendisse. Kuid samal ajal suureneb palli kiirus. Sel hetkel, kui see jõuab tasakaaluasendisse, on selle kiirus maksimaalne ja seega ka kineetiline energia maksimaalne. Selle toimel lendab see tasakaaluasendist mööda ja hakkab liikuma vasakule (alumine pilt), surudes vedru kokku. Kuuli kineetiline energia muundatakse kokkusurutud vedru potentsiaalseks energiaks. Ja vasakpoolses äärmises asendis pall peatub, selle kineetiline energia on null, kuid potentsiaalne energia muutub taas maksimaalseks. Selle toimel pall “lendab” jälle paremale ja seega võngub see põhimõtteliselt lõputult, kui välistada hõõrdumine ja muud energiakadud. See on pendel. Väga sarnane "raskusega nööril". (Sarnast vedrupendlit kasutatakse keritud, mitte akutoitel käekellades).

Tabelis on näidatud, et pendel on vahemikus + 15 mm kuni - 15 mm. Analüüsime väiteid:

1. Vedru potentsiaalne energia ajahetkel 1,0 s on maksimaalne. Vaatame tabelit. Ajahetkel 1,0 s on kuul asendis 15 mm, see tähendab, et äärmises parempoolses asendis on vedru maksimaalselt venitatud ja potentsiaalne energia on maksimaalne. See on õige!

2. Kuuli võnkeperiood on 4,0 s. Kuuli võnkeperiood on aeg, mille möödudes pall, olles läbinud täieliku võnketsükli, naaseb oma algasendisse. Meie tabelis aega 4 sekundile ei toodud. Kuid me võime tuua:

Jah, 4 sekundi pärast naaseb pall uuesti nullasendisse, selle võnkumiste periood on 4 sekundit, ka teine ​​väide vastab tõele!

3. Kuuli kineetiline energia ajahetkel 2,0 s on minimaalne. See ei ole! Vaatleme ülesandepüstituses olevat tabelit: ajahetkel 2,0 s on kuuli koordinaat 0 mm. Ta lendab tasakaaluasendist mööda. Ta lendab sellest läbi tippkiirusel! Kineetiline energia, mis on võrdeline kiiruse ruuduga, on sel hetkel MAKSIMAALNE ja mitte sugugi minimaalne. Vale!

4. Kuuli võnkumiste amplituud on 30 mm. Amplituud on suurim kõrvalekalle tasakaaluasendist. See on 15 mm ühes või teises suunas. Siin on küsimus püstitatud veidi provokatiivselt. Kui arvate, et amplituud on "võnkumiste vahemik", ühest äärmisest punktist teise, siis tundub, et 30 mm on õige. Aga ei ei ei, amplituud on kõrvalekalle keskmisest. Vale!

5. Kuulist ja vedrust koosneva pendli mehaaniline summaarne energia ajahetkel 3,0 s on minimaalne. Ja see väide on kirjaoskamatu. Kogu mehaaniline energia = potentsiaal + kineetiline. Üks väheneb, kaar suureneb, üks muutub maksimumiks, teine ​​on sel hetkel null, kuid energia KOKKU (KAHE ENERGIA SUMMA) ei muutu igal hetkel.

Vastus 12

6. ülesanne. Maa satelliidi ülemineku tulemusena ühelt ringorbiidilt teisele selle liikumiskiirus väheneb. Kuidas muutub satelliidi tsentripetaalne kiirendus ja pöördeperiood ümber Maa?
Määrake iga koguse jaoks muudatuse olemus:

  1. Suureneb;
  2. Väheneb;
  3. Ei muutu

Lahendus. Maalt mõjub satelliidile gravitatsioonijõud F. Tänu sellele ei lähe satelliit kosmosesse, vaid lendab ringikujulisel orbiidil.

Jõud F vastavalt Newtoni teisele seadusele võrdub m satelliidi korrutisega kiirendusega a.

Aga kuna satelliidi liikumine ei ole sirgjooneline, vaid ümmargune, siis kiirendus a on tsentripetaalne kiirendus, mis on suunatud Maa keskpunkti poole, seda väljendatakse valemiga

(Me ei lähe tagasi teooria juurde: mis on tsentripetaalne kiirendus, kust see tuleb, miks see on suunatud keskmesse... Aga kui sa seda ei tea, siis võta õpik lahti ja loe läbi, see on tegelikult oluline ).

Nüüd saab Newtoni teise seaduse kirjutada nii (kus m on satelliidi mass)

(6.3)

Aga mis on see jõud, mis satelliidile mõjub ja tsentripetaalset kiirendust tekitab? See on universaalse gravitatsiooni jõud ehk Maa ja satelliidi vahelise gravitatsioonilise vastasmõju jõud. Seda väljendatakse valemiga (kus M on Maa mass, G on gravitatsioonikonstant, R on satelliidi orbiidi raadius, kui arvestada seda Maa keskpunktist)

(6.4)

Teeme ühe neist kahest valemist (st võrdsustame paremad küljed)

(6.5)

Vähendame paremat ja vasakut poolt võrdsete tingimuste võrra ja saamegi

Saime valemi (6.6), mis väljendab satelliidi kiiruse sõltuvust selle orbiidi raadiusest. Probleemi avalduses öeldakse, et satelliit liikus ühelt orbiidilt teisele. Kuid pole öeldud: kas uue orbiidi raadius on suurem või väiksem kui vana? Seda on probleemi lahendamiseks vaja teada. Ja nii tuletasimegi kiiruse sõltuvuse valemi orbiidi raadiusest, sõltuvusest pöördvõrdeline. Tingimus ütleb, et kiirus VÄHENEB, seega raadius, vastupidi, SUUNEB!

Nüüd koostame oma valemid tsentripetaalse kiirenduse ja raadiuse ühendamiseks, mille jaoks ühendame valemid (6.1) ja (6.4).

(6.7)

Sellest valemist järeldub, et kiirendus ja raadius on PÖÖRDVÕRDSED, st raadiuse kasvades tsentripetaalne kiirendus VÄHENEB.

Ja periood T - satelliidi ühe täispöörde aeg ümber Maa - võrdub läbitud vahemaa (ümbermõõdu pikkus) jagatud kiirusega

(6.8)

Meie raadius on SUUNENUD, meie kiirus VÄHENENUD ja mõlemad põhjustavad perioodi SUUNUSE. Seetõttu täidame tabeli järgmiselt:

Vastus 21

Ülesanne 7. Hetkel t = 0 visatakse kuuli algkiirusega V 0nurga all "alfa" horisondi suhtes rõdult kõrgusega h (vt pilti).

Graafikud A ja B kujutavad palli liikumist lennu ajal iseloomustavate füüsikaliste suuruste sõltuvust ajast t.
Luua vastavus graafikute ja füüsikaliste suuruste vahel, mille sõltuvust ajast need graafikud suudavad kujutada.
(Ärata õhutakistust. Palli potentsiaalset energiat mõõdetakse tasemelt y = 0.)

Iga esimese veeru positsiooni jaoks valige teisest veerust vastav positsioon ja kirjutage valitud numbrid tabelisse vastavate tähtede alla.

Lahendus. Mõelgem, kuidas pall lendab. Kui palli ei visataks viltu, vaid rangelt vertikaalselt ülespoole, siis tõmbejõud aeglustaks seda, kõrgust tõustes liiguks üha vaiksemalt, lõpuks ühel hetkel peatuks ja hakkaks langema. Allapoole liikudes kiireneks see raskuskiirendusega.
Kui ma viskaksin palli rangelt horisontaalselt, ja isegi mõnes kauges avakosmoses, kus ühegi planeedi gravitatsioonijõud sellele ei mõju, lendaks ta rangelt horisontaalselt (vastavalt Newtoni esimesele seadusele), kiirust vähendamata ja liiguks lõputult ühtlase kiirusega ja kunagi ma ei peatuks.
Kui pall visatakse horisondi suhtes nurga all, siis saab selle kaldlennu suuna kaheks eraldiseisvaks jagada. Mööda Y-telge lendab pall otsekui vertikaalselt ülespoole. See tähendab, et see aeglustab kõigepealt, seejärel peatub ja hakkab seejärel kiiresti langema. Ja piki X-telge lendab pall ühtlaselt ja sirgelt. Iga lennuhetke puhul liidetakse need mõlemad liigutused kokku ja tulemuseks on selline kõver trajektoor, nagu on näidatud joonisel.

Tõsi, joonisel visatakse pall põrandalt, kui y-koordinaat algsel ajahetkel oli võrdne nulliga ja meie ülesandes visati vise rõdult, alghetkel y-koordinaat. oli võrdne rõdu kõrgusega h.

Nüüd analüüsime graafikuid ja vastusevariante. A) Graafik teatud suurusest, mis ajas ei muutu. Mis see väärtus on?

1) Kuuli impulsi projekteerimine Y-teljele? Mäletame, et impulss on vektorkogus, mis võrdub massi ja kiiruse (mv) korrutisega. Kas kiirus on püsiv, kui pall tõuseb üles? Ei, see esmalt väheneb, siis võrdub nulliga ja siis suureneb. Ligikaudu seda tüüpi muutusi näitab graafik B. Ja graafikule A ei sobi see üldse!

2) Palli kineetiline energia. Kaalumisel rääkisime kineetilisest energiast. Selle määrab keha kiirus. Meie puhul ei olnud palli kiirus konstantne, mistõttu kineetiline energia ei olnud konstantne.

3) Palli kiirenduse moodul a. Aga see on JAH! Kogu palli lennu ajal mõjub sellele ainult üks jõud – gravitatsioon. Kiirenduse, nagu me teame Newtoni teisest seadusest, tekitab efektiivne jõud. Gravitatsioon ei tekita mitte ainult kiirendust, vaid gravitatsiooni kiirendus, mida tähistatakse spetsiaalse tähega g. Meie piirkonnas on see alati konstantne, allapoole suunatud ja võrdne umbes 9,81 meetriga ruutsekundi kohta. Kui pall lendas üles, siis vabalangemise kiirendus aeglustus, allapoole aga kiirendus ning isegi siis, kui pall hetkeks liikumatult hõljus, mõjus sellele jõud F=mg ja seetõttu toimus kiirendus.

4) Palli potentsiaalne energia. Oleneb tõstekõrgusest. See on maksimaalne ülemises punktis. Maapinnal võrdne nulliga. Mitte püsiv, see on kindel!

Mõelgem teine ​​graafik tähe B all.

On juba öeldud, et graafiku olemus on sarnane palli kiiruse muutumise olemusega. Impulss ja kineetiline energia sõltuvad kiirusest . Kumba valida? Graafik on parabool, ruutfunktsiooni kõver. Seetõttu vastab see kineetilise energia muutusele, kus kiirus on "ruudus".

Niisiis, täidame tabeli

Vastus 32

Ülesanne 8. Absoluuttemperatuuri tõusuga suurenes haruldase monoatomilise gaasi molekulide kaootilise soojusliikumise keskmine kineetiline energia 2 korda. Gaasi algtemperatuur on 250 K. Mis on gaasi lõpptemperatuur?

Lahendus. Meie esivanemad ei osanud seletada, miks mõned objektid on kuumad ja teised külmad. Nad uskusid, et kõigi kehade sees on nähtamatu kaalutu aine, mida nimetatakse "kaloriteks". Rohkem kaloreid tähendab kõrgemat kehatemperatuuri, vähem kaloreid tähendab külmemat keha. Hiljem leiutasid inimesed auruveduri, mis muutis puidu põlemisel tekkiva soojuse liikumise kineetiliseks energiaks. Võimalik on ka kineetilise energia vastupidine muundamine soojuseks, see protsess toimub hõõrdumise ajal. See viis mõttele, et KUUMUS ja LIIKUMINE on sama laadi. Nüüd teame, et keha temperatuuri määrab nende molekulide liikumiskiirus (ehk teisisõnu kineetiline energia), millest see keha koosneb.

Kehamolekuli keskmise kineetilise energia sõltuvuse valem temperatuurist

kus k on Boltzmanni konstant, T on absoluutne kehatemperatuur Kelvini skaalal.

Vastavalt juhistele suurenes E 2 korda. Valem jääb tõeliseks võrdsuseks, kui ka T suureneb 2 korda. See tähendab, et temperatuur muutub 250 x 2 = 500 K.

Vastus 500(Molekuli keskmise kineetilise energia valem kehtib nn IDEAALGAASIL, milles molekul võib lennata anuma ühest seinast teise ilma teiste molekulidega kokku põrkamata. Reaalne gaas võib olla ideaalilähedane, kui see on väga haruldane ja monatoomiline. Seetõttu on sellised lähteandmed ja antud probleemipüstituses).
Pangem ka tähele, et Boltzmanni konstant k on kuskil 10-st miinus 23 astmeni. See tähendab, et ühe molekuli kineetiline energia on kujuteldamatult väike!

Ideaalse gaasi diagramm

Ülesanne 9. Teleri diagramm näitab ideaalse üheaatomilise gaasi oleku muutmise protsessi. Gaas sai soojushulga, mis võrdub 50 kJ. Kui palju tööd teeb gaas selles protsessis ära, kui selle mass ei muutu?

Lahendus. Mõelgem välja, mida tähendab väljend “gaas on tööd teinud”. Vasakpoolsel pildil on kolvi all olevas silindris gaas. Parempoolsel pildil soojendatakse gaasi põletiga ehk väljast kantakse gaasile teatud kogus soojust Q. Soojus lisas gaasile siseenergiat, molekulid hakkasid kiiremini liikuma. Need suurel kiirusel kihutavad molekulid (ja neid on uskumatult palju!) kiirendavad kolvi sisse ja sunnivad seda tõusma. Kolb ise on raske, kuid seda saab siiski ühendada kangide ja ratastega, näiteks auruveduri või autoga. Seega selgub, et paisuv gaas töötab. Töö on jõu korda nihe . Kolvile avaldatav survejõud on gaasirõhk p korrutatud kolvi pindalaga S. Seejärel . Seega gaas töötab ruumala muutumisel ja kui rõhk oli konstantne, siis arvuliselt võrdub töö rõhu ja ruumalade erinevuse korrutisega.

Samuti on olemas mõiste "gaasiga tehtud töö". See tähendab, et mingi väline jõud surus kolvi alla ja surus gaasi kokku.
Eelmises ülesandes rääkisime sellest, et igal gaasimolekulil on kineetiline energia. Lisaks tõrjuvad molekulid üksteisele väga lähedale sattudes üksteist nagu samanimeliste magnetite poolused. See tähendab, et neil, nagu elastsetel kehadel, on ka potentsiaalne energia. Kõigi keha moodustavate molekulide kineetiline energia ja nende vastasmõju potentsiaalne energia moodustavad keha U siseenergia.

Kui soojendada gaasi põletiga või liigutada kolvi välisjõuga, siis muutuvad korraga kolm parameetrit: temperatuur T, rõhk p ja maht V. Ja nende muutumise mustreid on väga raske tabada. Mustrite uurimiseks läksime nii: muutsime kahte parameetrit ja kolmandat hoiti kunstlikult konstantsena. Selliseid protsesse on kolm: isobaarne, isohooriline ja isotermiline.

1. ISOBAARNE(BAAR tähendab RÕHU, st gaas kuumutatakse, selle maht suureneb ja rõhk hoitakse konstantsel tasemel p = konst).
Isobaarses protsessis kulutatakse tarnitud soojushulk Q nii gaasi paisumisele (mahu suurenemisele) kui ka selle temperatuuri tõstmisele.
2. ISOKOORILINE(HOROS - tõlkes koht, tähenduses "hõivatud ruum, maht", hoitakse konstantset mahtu, näiteks kuumutatakse gaasi suletud anumas, mis on valmistatud tahkest materjalist - klaasist, terasest -, mille maht ei saa suureneda , v = const).
Isohoorilises protsessis gaas tööd ei tee, kuna kolb ei liigu (maht on konstantne). Tarnitud soojushulk Q kulub ainult gaasi siseenergia suurendamiseks.
3. ISTERMAALNE(TERMA – temperatuur, hoitakse konstantset temperatuuri, T=konst).
Isotermilise protsessi korral kasutatakse tarnitud soojust ainult mahu suurendamiseks, see tähendab töö tegemiseks. Isotermilises protsessis Q = A.

Nende protsesside graafikud erinevatel koordinaattelgedel on toodud joonisel.

Võrreldes neid probleemipüstituses oleva graafikuga, märgime, et meie protsess on isotermiline, gaasi maht suureneb konstantsel temperatuuril. Isotermilise paisumise käigus kasutatakse kogu gaasile ülekantud soojust mehaaniliste tööde tegemiseks A = Q = 50 kJ

Vastus 50

Ülesanne 10. Jäätüki sulatamiseks selle sulamistemperatuuril on vaja soojust, mis võrdub 3 kJ. See jäätükk toodi sooja tuppa. Jää temperatuuri sõltuvus ajast on näidatud joonisel. Määrake sulamisprotsessi ajal jäätükile antav keskmine soojusvõimsus.

Lahendus. Kõigepealt vaatame jää sulamise protsessi selgitavat pilti õpikust. Esimese 5 minuti jooksul kuumenes jää (vaata joonise all olevat graafikut) -4 kraadilt 0-ni. Null on jää sulamistemperatuur. Temperatuur ei tõuse järgmise 7 minuti jooksul. See tähendab, et kogu tarnitud soojus kulub jääkristallvõre hävitamisele ehk sulamisele. Ja alles siis hakkab temperatuur uuesti tõusma, jää sulamisprotsess on läbi ja nüüd soojeneb vesi.

Probleemi püstituse graafikul on olukord sarnane. Esimese 5 minuti jooksul kuumutatakse jää sulamistemperatuurini. Järgmise 10 minuti jooksul (5 kuni 15) jää sulab. Ja järgmise 10 minuti jooksul (15-25) vesi soojendatakse.
Probleem ütleb, et jää toodi lihtsalt sooja ruumi. Põletiga ei köetud, põleti leeki ei suurendatud ega vähendatud. Kogu 25 minuti jooksul toideti jääle ühtlaselt soojust. Seetõttu võite võtta jääle kantud soojushulka mis tahes aja jooksul ja olla kindel, et see oli sama ka mõnel teisel ajaperioodil! Sulamine (jääkristallvõre hävimine) nõudis 3 kJ soojust, sulamine toimus 10 minuti jooksul, mistõttu jääle anti soojust 0,3 kJ minutis. (Pealegi nii sulamise ajal kui ka enne ja pärast seda protsessi).

Vaja kindlaks teha soojusvõimsus. Mis asi see on? Mehaaniline võimsus on ajaühikus tehtud töö. Võimsuse ühik on 1 vatt = 1 džaul sekundis. Ja soojusvõimsus on ajaühikus ülekantav soojushulk. Ühik on sama, sest soojust, nagu ka tööd, mõõdetakse džaulides. Tegelikult oleme juba leidnud, et soojusvõimsus on 0,3 kJ minutis. Kuid austagem SI ühikute süsteemi. 0,3 kJ = 300 J. 1 min = 60 sek. 300/60 = 5 W

Ülesanne 11. Joonisel on kujutatud üheaatomilise ideaalgaasiga läbiviidud tsüklilise protsessi graafik p–T koordinaatides, kus p on gaasirõhk, T on gaasi absoluutne temperatuur. Gaasi aine kogus on konstantne.

Valige allolevast loendist kaks õiget väidet, mis iseloomustavad graafikul protsesse ja märkige nende numbrid.

  1. Gaas teeb positiivset tööd tsükli kohta;
  2. AB protsessi käigus saab gaas positiivse koguse soojust;
  3. HS protsessi käigus gaasi siseenergia väheneb;
  4. CD protsessi ajal teevad välised jõud gaasiga tööd;
  5. DA protsessi käigus paisub gaas isotermiliselt.

Lahendus. Analüüsime avalduse tingimuse andmeid, võrreldes:

1) Protsessid AB Ja CD on isohoorilised (gaasi mahtu muutmata seisis kolb liikumatult). Nendes piirkondades tööd ei tehta.
Protsess B.C.- isotermiline paisumine (kuna konstantsel temperatuuril rõhk langeb), protsess D.A.- isotermiline kokkusurumine (kuna konstantsel temperatuuril rõhk tõuseb). Laienemine on gaas, mis teeb tööd, töötab positiivne. Kokkusurumine on gaasil välisjõudude poolt tehtav töö, töö negatiivne. Kuna meie protsess on tsükliline, liigub kolb "edasi-tagasi" ülemise ja alumise äärmise positsiooni vahel. See tähendab, et mahu erinevus nii paisutamise kui ka tihendamise ajal on sama. Millal on rohkem tööd? See on suurem protsessis, kus temperatuur on kõrgem. Temperatuur (graafiku järgi) on paisumisel kõrgem. See tähendab, et positiivne töö BC on suurem kui negatiivne DA ja üldiselt teeb gaas tsükli jooksul positiivset tööd. Väide 1 on õige.

2) Pooleli AB gaasi temperatuur ja sisemine energia suureneb, jah, nii rõhk kui temperatuur tõusevad, aga maht ei suurene ja gaas ei tee tööd. Väide 2 on õige.

3) Pooleli Päike gaasi temperatuur ja siseenergia ei muutu, kuna tegemist on isotermilise protsessiga. Väide 3 on vale.

4) Pooleli CD tööd ei tehta, sest protsess on isohooriline, konstantse mahuga. Väide 4 on vale.

5) Pooleli D.A. gaas isotermiline kahaneb, ja ei laiene, tuleneb see kasvavast survest. Väide 5 on vale

Vastus 12

Ülesanne 12. Soojusmasin töötab Carnot' tsükli järgi. Soojusmasina külmiku temperatuuri tõsteti, jättes küttekeha temperatuuri samaks. Küttekehast gaasi poolt tsükli kohta vastuvõetud soojushulk ei ole muutunud. Kuidas muutus soojusmasina ja gaasi töö efektiivsus tsükli kohta?

Määrake iga koguse jaoks muudatuse olemus:

  1. suurenenud
  2. vähenenud
  3. pole muutunud

Kirjutage tabelisse iga füüsilise suuruse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Soojusmasin on seade, mis muudab kütuse siseenergia mehaaniliseks energiaks. Sõiduautode sisepõlemismootorid (olgu otto- või diiselmootoriga), auruveduritel on kõik soojusmootorid. Neis toimub tsükliline protsess (kolvi edasi-tagasi liikumine). Soojusmasinate teooria töötas välja prantslane Sadi Carnot.

Carnot masina efektiivsus , kus Tn on küttekeha temperatuur, Tx on külmiku temperatuur. Kui külmiku temperatuur tõuseb, siis efektiivsus väheneb.

Kasutegur on küttekehast Qн saadud soojushulga ja masina töö A suhe. Seega väheneb tõhususe vähenemisega ka gaasitöö tsükli kohta.

Vastus 22

Ülesanne 13. Negatiivne laeng -q on kahe statsionaarse laengu väljas: positiivne +Q ja negatiivne -Q(vt pilti). Kuhu on laengu kiirendus suunatud figuuri suhtes (paremale, vasakule, üles, alla, vaatleja poole, vaatlejast eemale) -q sel ajahetkel, kui ainult laengud sellele mõjuvad +Q Ja -Q? Kirjuta oma vastus sõna(de)ga.

Lahendus. Nagu laengud tõrjuvad, erinevalt laengud tõmbavad. Rohelised nooled näitavad negatiivsete laengute vastasmõju, kollased nooled negatiivseid ja positiivseid laenguid Laengute sümmeetrilise paigutuse tõttu laengule mõjuvate jõudude summa -q süüdistustest -Q Ja +Q suunatud allapoole. Newtoni teise seaduse järgi on laengu kiirendus suunatud sinna.

Vastus: alla

14. ülesanne. Elamuvõrgu elektriarvesti kaitsme pingega 220 V on varustatud kirjaga: “6 A”. Kui suur on elektriseadmete maksimaalne koguvõimsus, mida saab korraga võrku ühendada ilma kaitsme sulamiseta? (Sisestage oma vastus vattides)

Lahendus. Elektriseadmete võimsus võrdub pinge ja voolu korrutisega. Maksimaalne koguvõimsus on 220 V · 6 A = 1320 W.

Vastus 1320

Ülesanne 15. Pindalaga traatraam pöörleb ühtlases magnetväljas ümber magnetinduktsioonivektoriga risti oleva telje. Raami piirkonda tungiv magnetvoog varieerub vastavalt seadusele , kus kõik kogused on väljendatud SI-des. Mis on magnetilise induktsiooni moodul? (Väljendage oma vastust mT-des)

Lahendus. Induktsioon B(mõõdetuna Teslas) on magnetvälja tugevusomadus. Mida tugevam on magnet, seda suurem on selle induktsioon. Induktsioon on vektorsuurus, mis on suunatud magneti põhjapoolusest lõunasse. Tavaliselt kujutame nähtamatut magnetvälja graafiliste jõujoontega. Jõujoonte suund langeb kokku induktsioonivektori suunaga ja jõujoonte “tihedus” on arvuliselt võrdne induktsioonimooduliga.

Magnetvoog F- see on ristkülikukujulist kontuuri (raami) läbivate elektriliinide arv.

Kui kujutaksime magnetvälja nii, et jõujoonte tihedus (induktsioon B) oleks 5 tükki ruutsentimeetri kohta ja see väli läbiks raami, mille pindala on S = 10 ruutsentimeetrit, siis oleks seda raami läbiv magnetvoog Ф 5 x 10 = 50 (elektriliinide tükki). See määratlus on veidi lihtsustatud, kuid arusaadav. Igal juhul on magnetvoo valem täpselt järgmine: Ф = ВS.

Tõsi, see on tõsi, kui kaadri tasapind on rangelt risti induktsioonivektoriga (jõujoonte suund). Ja meie ülesandes on pöörlev raam, mis illustreerib lihtsat elektrimootorit.

Kuigi see on üle välja, läbivad raami paljud magnetjooned, magnetvoog on maksimaalne. Pöörates on nurk terav, kõik magnetjooned ei läbi raami, mõned (mis on külgedel) lendavad mööda. Magnetvoog on juba väiksem. Ja kui raam pöördub mööda magnetjooni, ei torga ükski neist läbi raami kontuuri. Magnetvoog on null. Seetõttu on tingimusel, et magnetvoog ei ole konstantne, vaid varieerub sõltuvalt ajast vastavalt seadusele . Arvestame esialgsel ajahetkel, kui t = 0, on nulli koosinus võrdne ühega ja magnetvoog (nimetame seda Ф "null") = BS. See on täpselt raami risti asend.

Vastus 2

Ülesanne 16. Rauasüdamikule asetatakse kaks mähist, nagu on näidatud joonisel. Parema pooli kaudu lastakse vool, mis muutub vastavalt antud graafikule. Valige selle graafiku põhjal kaks tõest väidet mähistes ja südamikus toimuvate protsesside kohta.

  1. Intervallides 0–1 ja 1–2 s on parema pooli voolu suunad erinevad.
  2. Ajavahemikus 2–3 sekundit erineb voolutugevus vasakpoolses mähises nullist.
  3. Voolu moodul vasakpoolses mähises intervalliga 1–2 s on suurem kui intervallil 3–5 s.
  4. Ajavahemikus 0–2 s on magnetilise induktsiooni moodul südamikus minimaalne.
  5. 1–2 s intervalliga suureneb voolutugevus vasakpoolses mähises ühtlaselt.

Lahendus. See on elektromagnetilise induktsiooni kontseptsiooni ülesanne. Siin viime läbi eksperimendi. Ühisel südamikul on kaks mähist. Mähis 1 (ülesandes nimetatakse seda "paremaks") on ühendatud mingisuguse akuga ja selles oleva reostaadi abil saate voolutugevust muuta. Parempoolset (nr 1) mähist läbiv vool tekitab magnetvälja, mingi osa sellest väljast (magnetvoog F) tungib läbi teise mähise (meie ülesandes - vasakpoolse) ja indutseerib selles EMF-i. Tegelikult nimetatakse elektromagnetilise induktsiooni nähtust mähises, kui seda läbib muutuv magnetvoog.

(Pean tunnistama, et füüsikud ajasid oma terminitega õpilaste aju sassi. Eelmises ülesandes 15 oli ka induktsioon B, aga seal oli selleks magnetväljale iseloomulik jõud. Ja siin – mitte segamini ajada – fenomen EMF-i tekkimine. Kui ma oleksin kooliõpiku autor, oleksin mõne muu termini välja mõelnud, et mitte segadusse sattuda!)

Seega tekib vasakpoolses mähises või, nagu öeldakse, indutseeritakse elektromotoorjõud. Selle emf-i suurus määratakse valemiga. Seda valemit tuleks mõista järgmiselt: mida kiiremini muutub magnetvoog, seda suurem on EMF. Ja kui magnetvoog üldse ei muutu, siis EMF-i ei teki üldse.

Probleemi kirjelduse joonisel pole EMF-i mõõtmiseks voltmeetrit, küll aga on voolu mõõtmiseks ampermeeter. Noh, see pole oluline; teame, et juhi konstantse takistuse korral on emf otseselt võrdeline voolutugevusega.

Analüüsime vastusevariante.

1) Intervallides 0–1 ja 1–2 s on parema pooli voolu suunad erinevad. Kindlasti! Parempoolse pooli vool on näidatud graafikul. Ajatelje all (0 kuni 1 s) on voolutugevus negatiivne, ajatelje kohal (1 kuni 2 s) positiivne. Ja voolu puhul tähendab negatiivne ja positiivne, et laengukandjad voolavad ühes või teises suunas. Väide 1 on õige.
2) Ajavahemikus 2–3 s erineb voolutugevus vasakpoolses mähises nullist. Ei, ei ja EI! Ajavahemikus 2–3 s on parempoolses mähises voolutugevus konstantne, magnetvoog ei muutu üldse, mis tähendab, et vasakpoolses mähises pole induktsioonivoolu üldse. Väide 2 on vale.
3) Voolumoodul vasakpoolses mähises intervalliga 1–2 s on suurem kui intervalliga 3–5 s. Parempoolse mähise voolu (ja vastavalt ka magnetvoo südamikus) muutumise kiirus vahemikus 1–2 s on suurem (4 amprit 1 sekundis) kui intervallil 3–5 s (4 amprit per 2 sekundit ehk 2 A/s) , mis tähendab, et voolumoodul vasakpoolses mähises vahemikus 1–2 s on suurem kui intervallil 3–5 s. Väide 3 on õige. Miks me räägime moodulist? Intervallil 1-2 vool suureneb ja intervallil 3-5 väheneb. Induktsioonivool vasakpoolses mähises liigub erinevates suundades. Aga MOODUL!
4) Ajavahemikus 0–2 s on magnetilise induktsiooni moodul südamikus minimaalne. Miks see on minimaalne? Ajavahemikus 0–2 s muutub voolutugevus parempoolses mähises üsna kiiresti, mis tähendab, et ka magnetilise induktsiooni moodul südamikus muutub teatud kiirusega. Väide 4 on vale.
5) 1–2 s intervalliga suureneb vool vasakpoolses mähises ühtlaselt. See ei ole tõsi. Parempoolse mähise voolutugevus selles intervallis on konstantne. Miks? Seda pole nii lihtne seletada, kui me ilma “tuletise” matemaatilise mõisteta hakkama saame. Koolis tegelikult uuritakse tuletisi; Matemaatika ühtsel riigieksamil on ülesanded tuletisel, aga füüsika ühtsel riigieksamil seda kuidagi välditakse. Kuigi näiteks kiirus on tee tuletis aja suhtes. Sõbralikul viisil magnetinduktsiooni EMF tuleks kirjutada mitte nii, vaid nii .1-2 s intervalliga muutub voolutugevus parempoolses mähises ja vastav magnetvoog lineaarne, funktsioonina y = kirves. Sellise funktsiooni tuletis on konstantne väärtus. Seega on EMF ja voolutugevus vasakpoolses mähises konstantsed. Väide 5 on vale.

Vastus 13

Ülesanne 17. Väike objekt asub õhukese koonduva läätse optilisel peateljel fookuskauguse ja sellest lähtuva kahekordse fookuskauguse vahel. Objekt hakkab liikuma objektiivi fookusele lähemale. Kuidas muutub pildi suurus ja objektiivi optiline võimsus?

Määrake iga koguse jaoks selle muutuse olemus:

  1. suureneb
  2. väheneb
  3. ei muutu

Kirjutage tabelisse iga füüsilise suuruse jaoks valitud numbrid. Vastuses olevad numbrid võivad korduda.

Lahendus. Suurendusklaasid (läätsed) võivad olla koonduvad või hajuvad. Koonduval läätsel on järgmine omadus: kui sellele on suunatud paralleelsed valguskiired, siis pärast läätses murdumist koonduvad nad kõik ühte punkti, mida nimetatakse fookuseks F. Divergeeruva läätse omadus on näha alumisel pildil .

Lähenevad (ülemised) ja lahknevad läätsed

Valguskiirte jaoks, mis läbivad kogumisläätse (meie seisundis on see olemas), on kaks lihtsat reeglit:
1. Need kiired, mis läbivad läätse keskpunkti, ei murdu üldse, vaid liiguvad lihtsalt sirgjooneliselt (vt joonis a)
2. Need kiired, mis jooksevad paralleelselt läätse optilise teljega, läbivad pärast murdumist rangelt fookuse (vt joonis b)
Neid kahte reeglit kasutades on lihtne konstrueerida kujutist mis tahes punktist objektiivi taga, selleks kulub sellelt vaid kaks kiirt – üks läbib keskpunkti ja üks paralleelne.

Vaatame nüüd oma olukorda. Objekt AB (mustalt näidatud) asub optilisel peateljel topeltfookuskauguse ja fookuskauguse vahel. Selle ümberpööratud kujutis on B1A1.

Kui liigutame selle fookuskaugusele (näidatud punasega) lähemale, suurendatakse objekti kujutist. Mis puudutab objektiivi optilist võimsust, siis see on võrdne 1/F (fookuskauguse pöördvõrdeline) ja antud objektiivi puhul ei sõltu see üldse objekti asendist. Täidame tabeli järgmiselt:

Vastus 13

Ülesanne 18.

Joonisel on kujutatud alalisvooluahelat. Vooluallika sisetakistust võib tähelepanuta jätta. Looge vastavus füüsikaliste suuruste ja valemite vahel, mille abil saab neid arvutada ( E- vooluallika EMF; R- takisti takistus).

Lahendus. Voolutugevus vastavalt Ohmi seadusele täieliku vooluringi jaoks on võrdne (EMF jagatud vooluahela kogutakistusega). Kui lüliti K on avatud, on vooluringis ainult üks takisti, vool on võrdne . Kui lüliti K on suletud, on kahe paralleelselt ühendatud takisti ahela kogutakistus võrdne R/2-ga. Seetõttu on vooluringis vool.

Sisenege tabelisse

Vastus 23

Ülesanne 19. Uraani lõhustumise ahelreaktsiooni tulemusena

moodustub keemilise elemendi tuum. Mis on tekkiva tuuma laeng (elementaarlaengu ühikutes) ja selle massiarv? Kirjutage oma vastuses numbrid ilma tühikuteta kokku.

Lahendus. Natuke teooriat. Rutherfordi sõnul koosneb aatom tuumast, mille ümber tiirleb elektronid nagu planeedid ümber päikese. Elektronide arv Z on võrdne Mendelejevi perioodilise süsteemi antud elemendi seerianumbriga. Elektronil on miinuslaeng. Kuid aatom tervikuna on elektriliselt neutraalne. Sest tuum sisaldab täpselt sama palju positiivselt laetud osakesi prootonid.
Siiski on olemas nn isotoobid. Tundub, et see on sama element, kuid mass on erinev. Kuidas see juhtuda saab? Lisaks prootonitele on tuumas ka osakesi neutronid. Neil pole laengut ega mõjuta aatomi laengut. Kuid neil on mass ja loomulikult mõjutavad nad aatomi massi tervikuna.

Siin vasakpoolsel pildil on vesinik, millel pole üldse neutroneid, ainult üks prooton; paremal on jälle vesinik, kuid selle tuumas on 1 prooton ja üks neutron (kollane); veelgi paremal pool on kahe neutroniga vesinik. Seejärel kuvatakse kaks heeliumi ja liitiumi isotoopi.

Number A = Z + N nimetatakse massinumbriks, on see võrdne koguarvuga nukleonid (prootonid + neutronid) selles tuumas. Tavapäraselt kirjutatakse isotoobi kujutamisel number A kohale ja arv Z alla (see on tuuma laeng, prootonite arv).

Samamoodi saab kujutada ka elementaarosakesi (elektron, prooton, neutron), arvestades, et elektronil ja prootonil on laeng, kuid neil pole massi, ja neutronil on mass, kuid tal pole laengut.

20. sajandi alguses avastati aine raadium, mis kiirgas radioaktiivset kiirgust. Raadiumikiirgus koosneb kolmest voost: alfaosakesed, beetaosakesed ja gamma-osakesed. Alfaosakesed on heeliumi tuumad, beetaosakesed on elektronid ja gammaosakesed on elektromagnetkiirgus.

Tänu sellele avastusele said võimalikuks niinimetatud tuumareaktsioonid. Siin on näiteks raadiumi alfa-lagunemisreaktsioon

Seal oli element raadium Ra massiarvuga 226 ja laenguga 88; sellest lendas välja alfaosake (see tähendab heeliumi aatom massinumbriga 4 ja laenguga 2); Tulemuseks oli täiesti erinev keemiline element massinumbriga 226 – 4 = 222 ja laeng 88 – 2 = 86. Seda elementi nimetatakse radooniks.
Võite teha vastupidist, mitte lagunemisreaktsiooni, vaid sünteesireaktsiooni, kui alfaosakese lisamise tulemusena saadakse uus aine. Kuid kõigi nende reaktsioonide puhul peavad reaktsioonisaaduste mass ja laeng jääma üldiselt konstantseks.

(Üldiselt märgin, et see on hämmastav avastus! Alkeemikud püüdsid palju sajandeid teha kulda, legeerides näiteks vaske tinaga, segades teiste ainetega, ja lõpuks nõustusid, et seda on võimatu teha kuld. Vask on perioodilisuse tabeli üks element ja kuld on täiesti erinev! Ja tuumareaktsioonide kaudu on võimalik üks element teiseks muuta! Sel viisil saadud kuld on aga nii kallis, et seda on lihtsam osta loomulik).

Ülesande juurde. Massiarv enne reaktsiooni on 235 + 1 = 236. Pärast reaktsiooni on 139 + 3x1= 142. (Pange tähele, et lisaks baariumi Ba aatomile eraldus veel kolm neutronit, millest igaühe massiarv on 1, kokku kolm ja neutroni laeng on null)
Tundmatu elemendi A = 236 - 142 = 96
Laeng enne reaktsiooni on 92. Pärast reaktsiooni on 56.
Tundmatu elemendi väärtus on 92-56 = 36

Vastus 3694(Võite vaadata perioodilisustabelit, see on Krüptoni isotoop laenguga 36 ja massinumbriga 94)

Ülesanne 20. Kaaliumi isotoobi poolväärtusaeg on 7,6 minutit. Algselt sisaldas proov seda isotoopi 2,4 mg. Kui palju sellest isotoobist jääb proovi 22,8 minuti pärast? (Esitage oma vastus milligrammides.)

Lahendus. Eelnev probleem rääkis radioaktiivsete elementide spontaansest lagunemisest. Kui radioaktiivse aine aatomist lendavad alfaosakesed pikka aega välja, laguneb lõpuks kogu aatom ja lakkab olemast. Aga see on siis, kui on üks aatom. Ja meil oli näiteks mingi ainetükk, mis sisaldas N aatomit (või teatud massi m ainet).

Ja mõne aja pärast jäi tüki sisse m/2 ehk pool aine massist ja teine ​​pool lagunes ja aurustus. Seda aega T nimetatakse poolestusajaks.

Radioaktiivse lagunemise seadus on:

Asendame algandmed, saame

Vastus 0.3

Ülesanne 21. Monokromaatiline valgusvihk langeb metallplaadile. Sel juhul täheldatakse fotoelektrilise efekti nähtust. Esimeses veerus olevad graafikud näitavad energia sõltuvust lainepikkusest "lambda" ja valguse sagedusest "ni". Luua vastavus graafiku ja energia vahel, mille puhul see saab määrata esitatud sõltuvuse.

Iga esimese veeru positsiooni jaoks valige teisest veerust vastav positsioon ja kirjutage valitud numbrid tabelisse vastavate tähtede alla.

Kirjutage vastuses olevad numbrid üles, asetades need tähtedele vastavasse järjekorda

Lahendus. Analüüsime vastusevariante, nagu tavaliselt:

1) Fotoelektronide maksimaalse kineetilise energia sõltuvus langeva valguse sagedusest. Igas õpikus loeme, et füüsik Stoletov uuris eksperimentaalselt fotoelektrilise efekti nähtust ja avastas kolm selle seadust, eelkõige ütleb teine ​​seadus, et väljapaisatud elektronide kineetiline energia suureneb lineaarselt langeva valguse sageduse suurenemisega. kolmandaks, et fotoefekt on võimalik, kui sagedus ületab punase piiri.

Seega vastab graafik B esimesele väitele.

2) Langevate footonite energia sõltuvus langeva valguse sagedusest. Seda sõltuvust väljendatakse valemiga. Sellise seose graafik oleks lähtepunktist ulatuv sirge. Sellist ajakava pole, see vastusevariant ei sobi.

3) Langevate footonite energia sõltuvus valguse lainepikkusest. Seda sõltuvust väljendatakse valemiga. Sõltuvus, nagu näeme, on pöördvõrdeline, pöördvõrdelise sõltuvuse graafik on näidatud all A).

4) Fotoelektronide ja metalliioonide interaktsiooni potentsiaalse energia sõltuvus langeva valguse lainepikkusest. Fotoelektrilise efekti potentsiaalsest energiast pole millegipärast üldse juttugi; igal juhul ei sõltu see kindlasti valguse sagedusest (lainepikkusest). Täidame tabeli.

Vastus 31

Ülesanne 22. Määrake ampermeetri näidud (vt joonist), kui alalisvoolu mõõtmise viga on võrdne ampermeetri jaotuse väärtusega. Kirjutage oma vastuses väärtus ja viga koos tühikuta.

Lahendus. Jooniselt on näha, et märkide “0,2” ja “0,4” vahel on 10 jaotust, mis tähendab, et jagamise hind on 0,02 A. Tingimusejärgne viga võrdub jagamishinnaga. Ampermeetri nõel näitab 0,20 (jagamisväärtuse täpsusega). Seega on instrumendi näidud: (0,20 ± 0,02) A.

Vastus 0,20 ± 0,02

Ülesanne 23. On vaja kokku panna eksperimentaalne seadistus, mille abil saab määrata terase ja puidu vahelise libisemishõõrdeteguri. Selleks võttis õpilane konksuga terasvarda. Milliseid kahte täiendavat elementi allolevast seadmete loendist tuleb selle katse läbiviimiseks kasutada?

  1. puidust liistud
  2. dünamomeeter
  3. keeduklaas
  4. plastikust siin
  5. joonlaud

Vastuseks kirjutage üles valitud üksuste numbrid.