Экспериментальные задания егэ по физике

Экспериментальное исследование

Версия для печати и копирования в MS Word

 Методика
решения экспериментальных задач при подготовке к ЕГЭ

Некоторые
 задания части А Единого государственного экзамена нацелены на проверку
методологических умений: конструировать экспериментальную установку исходя из
формулировки гипотезы опыта, анализировать результаты экспериментальных
исследований, выраженных в виде таблицы или графика, а так же строить графики и
делать выводы по результатам эксперимента. Давайте рассмотрим и проанализируем
разные виды заданий по мере усложнения проверяемых знаний и умений. Начнем с
планирования и постановки эксперимента

При
проведении физического эксперимента, какая бы цель в нем ни была поставлена,
главную роль играет правильный подбор оборудования и учет всех факторов,
которые могут повлиять на результат эксперимента.

После
анализа литературы по ЕГЭ, заданий открытого сегмента по физике, а так же КИМов
прошлого года, мы смогли выделить два основных типа подобных заданий:

1.    
На выбор
экспериментальной установки или ее элементов, для проведения эксперимента по
подтверждению выдвинутой гипотезы.

2.    
На выявление ошибки
на разных этапах планирования и постановки эксперимента.

3.    
На умение делать
вывод из результатов проведенного эксперимента.

Рассмотрим каждый
тип заданий на конкретных примерах.

1. Задание на выбор
экспериментальной установки или ее элементов, для проведения эксперимента по
подтверждению выдвинутой гипотезы.

Была
выдвинута гипотеза, что размер мнимого изображения предмета, создаваемого
рассеивающей линзой, зависит от оптической силы линзы. Необходимо
экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два опыта

можно провести для
такого исследования?

 1) А и Б 2) А и В 3)Б и В 4) В и Г

Главный
принцип: в данных опытах должна изменяться только та величина, зависимость от
которой исследуется.

Если зависимость
более сложная, то мы предлагаем следующий алгоритм:

1	Выяснить, от какой физической величины необходимо найти зависимость.	D
2	Проверить, можно ли наблюдать в предлагаемых установках зависимость от этой величины.	нет
3	Если нет, то посмотреть как она связана с одной из величин, зависимость от которой можно наблюдать.	D =
4	Выделить необходимое количество установок, в которых меняется только интересующая нас величина, а остальные параметры одинаковые.	·         А, В ·         Б, Г
5	Сравнить свой ответ с предлагаемыми и согласовать	2) А,В

2. Задание
на выявление ошибки на разных этапах планирования и постановки эксперимента.

Ученику предложили
определить, какая сила F, приложенная к свободному концу изображенного на
рисунке рычага, уравновесит груз F массой 0,5 кг. На основании теоретических
расчетов ученик пришел к выводу, что  F = 2,5 Н. Далее он провел эксперимент:
положил на подставку тяжелый металлический стержень длиной 30 см, к короткому
его концу подвесил груз массой  0,5 кг, а вдвое более длинный конец стержня
стал тянуть вниз с помощью динамометра. При равновесии рычага динамометр
показал значение силы, равное  0,8 Н. Погрешности измерения длин, массы груза и
силы равнялись соответственно  1 мм, 1 г  и  0,1 Н. Какой вывод можно сделать
из эксперимента?

1) Погрешности
измерений силы и длины оказались слишком большими, чтобы  проверить верность
расчетов.

2) Экспериментальная
установка не соответствует теоретической модели, используемой при расчете.

3) При расчете
была использована неверная формула для идеального рычага.

4) С учетом
погрешностей измерения силы и длины эксперимент подтвердил гипотезу.

 Следует
проанализировать каждый пункт предлагаемых ответов:

1.     
Проверку начнем с теоретических расчетов: судя по
рисунку и по приведенным данным, ученик использовал формулу идеального рычага:

         mgl = 2Fl;          F =  =  = 2,5 Н

Теоретические расчеты
произведены правильно. Третий пункт ответом не является.

2.     
Проверим погрешность измерений.  Проанализируем
абсолютную погрешность измерений. 1 мм и  0,1 Н – стандартные цены делений
школьной линейки и динамометра. При этом относительные погрешности составляют:

   
 =  · 100% =  · 100% = 0,33%

   
 =  · 100% =  · 100% = 12,5%

Погрешности
измерений не превышают допустимых. Первый пункт ответом не является.

3.     
Проверим, подтверждается ли эксперимент с учетом
погрешностей измерений                 силы и длины. Для правильно проведенного
эксперимента должно выполняется условие:

            Xвыч — △X ≤ Xизм ≤ Xвыч +△X

2,5
Н – 0,1 Н ≤ 0,8 Н ≤ 2,5Н +0,1Н

2,4
Н ≤  0,8Н ≤ 2,6Н – не выполняется

Погрешность измерений длины еще меньше.
Следовательно, и четвертый пункт        ответом не является.

4.     
Остался второй вариант ответа. Проверим и его.
Проанализируем теоретическую модель и собранную экспериментальную установку. В
расчетах используется формула идеального рычага. Идеальный рычаг не имеет
массы. Ученик же для своего опыта использовал тяжелый металлический стержень. В
этом и состояла его ошибка. Следовательно, верный ответ: 2.

При решении
второй задачи показано, как анализировать каждый вариант ответа. Вообще, судя 
по заданиям ЕГЭ в большинстве из них следует искать расхождение теоретической
идеальной модели с реально проводимым экспериментом, на результаты которого
влияют и те факторы, влиянием которых обычно пренебрегают.

Правильно
поставленный эксперимент проведен, сняты показания приборов. Но наши приборы
неидеальны, поэтому все измерения были получены с погрешностями. Как имея
неточные данные получить точную зависимость одной величины из другой или
рассчитать конкретное значение физической величины?  Часть заданий ЕГЭ
предполагает анализ табличных данных, полученных в ходе эксперимента. При их
решении необходимо четко представлять процессы, о которых говорится в задаче, и
зависимость величин друг от друга.

1.Исследовалась
зависимость напряжения на обкладках воздушного конденсатора от заряда этого
конденсатора. Результаты измерений представлены в таблице.

q, мкКл	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
U, кВ	0	0,5	1,5	3,0	3,5	3,5

Погрешности
измерений величин q  и U равнялись соответственно 0,05 мкКл и 0,25 кВ. Емкость
конденсатора примерно равна

1) 250 пФ       2)
10 нФ      3)100 пФ       4) 750 мкФ

Электроемкость
плоского конденсатора зависит только от площади пластин, расстояния между ними
и диэлектрической проницаемости вещества диэлектрика:

С
=  ,

 и не зависит ни
от заряда пластин, ни  от напряжения между ними. Но ее  можно рассчитать через
эти величины, причем для одного и того же конденсатора должны получиться одинаковые
значения, если эксперимент проведен с минимальной погрешностью измерения.
Рассчитаем электроемкость конденсатора для каждого измерения исходя из формулы:
С =  :

q, мкКл	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	Среднее значение
U, кВ	0	0,5	1,5	3,0	3,5	3,5
С, Ф	0	2 · 10-10	1,3 · 10-10	1 · 10-10	1,1 · 10-10	1,4 · 10-10	1,36 · 10-10

Среднее значение
1,36 · 10^-10Ф = 0,136 нФ = 136 пФ. Анализируя варианты возможных
ответов, приходим к выводу, что верный ответ под цифрой 3.

2.В схеме,
показанной на рисунке, ключ К замыкают в момент времени t = 0. Показания
амперметра в последовательные моменты времени приведены в таблице.

t, мс	0	50	100	150	200	250	300	400	500	600	700
I, мА	0	23	38	47	52	55	57	59	59	60	60

Определите ЭДС
источника, если сопротивление резистора R = 100 Ом. Сопротивлением проводов и
амперметра, активным сопротивлением катушки индуктивности и внутренним
сопротивлением источника пренебречь.

             1)
1,5 В           2) 3 В              3) 6 В              4) 7 В

Проанализируем
условие:

·        
Погрешности измерений не приведены, но данные,
полученные в результате опыта, явно измерены с погрешностью. Что это, новое
усложнение или перед нами принципиально другое задание?

·        
В задаче требуется определить ЭДС источника. Если
сопротивлением проводов и внутренним сопротивлением источника можно пренебречь,
то из закона Ома для полной цепи:     ε = I·R

·        
Обратимся к схеме. Она содержит катушку
индуктивности, в которой при замыкании ключа будет наблюдаться явление
самоиндукции. В результате, в цепи сила тока не сразу достигнет своего
максимального значения. 

·        
Посмотрим еще раз табличные данные. Сила тока
возрастает с течением времени и спустя 600 мс достигает своего максимального
значения. Именно оно нам и нужно для решения задачи.

    ε = 60 · 10^-3
А · 100 Ом = 6 В

Ответ: 3).

Эта задача на анализ
табличных данных и умение извлекать необходимую информацию.

Часть
заданий ЕГЭ предполагает проверку умения правильно строить графики по
полученным данным и расчет какой-либо величины по полученному графику

 Есть
серия графических заданий, в которых на координатные плоскости были нанесены
данные, полученные в ходе лабораторного эксперимента. Причем каждое значение
было нанесено с учетом погрешности измерения.  Реальный результат может
находиться в любой точке закрашенного прямоугольника.

Решение
подобных заданий рассмотрим на следующем примере:

1.На графике
представлены результаты измерения длины пружины при различных значениях массы
грузов, лежащих в чашке пружинных весов (рисунок справа).

С учетом
погрешностей измерений (Δm = ±1 г, Δl = ± 0,2 см) жесткость пружины k
приблизительно равна

 1) 7 Н/м        
2) 10 Н/м       3) 20 Н/м       4) 30 Н/м

 Алгоритм решения:

1.      Выяснить, какую физическую величину необходимо определить,  и какие
законы (формулы зависимости) связывает ее с другими величинами, используемыми в
данном задании.

В нашем примере необходимо
определить жесткость пружины k. Она входит в закон
Гука:        F_упр = k△l
, где     △l
= l – l₀

Т. к. система находится в
равновесии, F_упр = F_тяж = mg

2.      Выразить искомую величину через величины, которые возможно определить
из условия задачи и выявить вид зависимости:

mg =  k (l – l₀),  если l₀
– начальная длина пружины, то конечная длина пружины l прямо пропорциональна массе подвешенного груза.

k =

Мы нашли зависимость искомой
величины  от величин, данных на графике.

3.     

Построим график зависимости конечной длины пружины от массы
подвешиваемого к ней груза. Для этого проведем линию, которая проходит сразу
через все допустимые значения величин (пересекающие все прямоугольники и
захватывающую как можно большую их площадь). График должен выходить не из
начала координат, а из точки, соответствующей начальной длине пружины. 

4.      График пересекает ось l в точке l₀ = 2 см = 0,02 м

5.      Найдем идеальные точки пересечения осей m и l.

m = 30 г = 0,03кг

l = 3,5 см = 0,035 м

6.      Подставим найденные по графику значения в формулу расчета искомой
величины и найдем ответ:

k =  =  19,6Н/м ≈20 Н/м

Ответ: Вариант 3) 20 Н/м

Можно
выделить еще один вид заданий, связанных с навыками проведения физического
эксперимента – это задачи, данные для решения которых требуется извлечь из
фотографии или рисунка экспериментальной установки.

Данная
серия заданий с применением оборудования из микролаборатории мо механике
предлагается начиная с 2004 года).

 По
уровню сложности они могут в ходить как в часть А, так и в часть С. Начало
всегда одинаковое: На рисунке представлена фотография установки для
исследования равноускоренного скольжения каретки (1) массой 0,1 кг по наклонной
плоскости,  установленной под углом 30°  к горизонту. В момент начала движения
верхний датчик (А) включает секундомер (2), а при прохождении каретки мимо
нижнего датчика (В) секундомер выключается. Числа на линейке обозначают длину в
сантиметрах.

Виды заданий:

·        
Ускорение движения каретки равно

1)2,50 м/с²                      
2) 1,87 м/с²                   3) 1,25 м/с²                        
 4) 0,50 м/с²

·        
Какое выражение позволяет вычислить скорость
каретки в любой момент времени?

             1) u 
= 1,25t        2) u  = 0,5t        3) u  = 2,5t            4) u  = 1,9t

·        
В какой момент времени выступ каретки проходит мимо
числа 45 на линейке? 

1) 0,80 с           2) 0,56
с                3) 0,20 с              4) 0,28 с

·        
Определите коэффициент трения скольжения каретки о
рейку.

·        
Оцените количество теплоты, которое выделилось при
скольжении каретки по наклонной плоскости между датчиками.

Можно решать задание по
следующему плану:

1.      Снять показания приборов:  l₁ = 6 см = 0,06 м

                                                
l₂ = 35 cм = 0,35 м

                                                 t = 0,48 с

2.     
Если направить ось X вдоль
наклонной плоскости, то перемещение каретки будет равно ее пройденному пути:  s =  △l = l₂ – l₁ = 0,35 м – 0,06 м = 0,29 м

3.    Так как каретка начинала движение из состояния покоя, то легко находим
ускорение:  из s =

                   
a =  =  = 2,5 м/с²

Получен
ответ на первое задание.

4.     
Найдите ответы на второе и третье задание. 

5.     
Правильные варианты ответов: 3) и 2).

6.     
Для определения коэффициента трения скольжения
каретки необходимо сделать чертеж с изображением сил, действующих на каретку

                   По второму закону
Ньютона: ma = mg + N + F_тр;

Ох: ma = mg·sinα – F_тр,(1)      
где    F_тр = μN (2)

Oy: 0 = – mg·cosα + N,     
откуда          N = mg·cosα (3)

Подставим уравнения (2) и (3) в (1):

ma = mg·sinα – μmg·cosα 

Откуда: μ = =  =  = 0,28

7.     
Осталось последнее задание: оценить количество
теплоты, которое выделилось при скольжении каретки по наклонной плоскости между
датчиками. Это можно сделать двумя способами:

a)     
Если уже рассчитан коэффициент трения, то

Q = A_тр = μNs = μmgcosα△l = 0,28 · 0,1 кг · 9,8 м/с²·
0,87 · 0,29 м =

= 0,07 Дж

b)     
Если же задача решается сначала, то удобнее
воспользоваться законом сохранения энергии, предварительно сняв показания
приборов.

mgh =  +
Q

            h = △lsinα;            =
at = · t =

Q = mgh —  =
m (g△lsinα — ) = 0,1
кг(9,8 м/с² · 0,29 м · 0,5 —) = 0,07
Дж

IV Тестирование.

I вариант

А
1. Ученик предположил, что масса сплошных тел прямо
пропорциональна их объему. Для проверки этой гипотезы он взял бруски разных
размеров из разных веществ. Результаты измерения объема брусков и их массы
ученик отметил точками на координатной плоскости, как показано на рисунке.
Погрешности измерения объема и массы равны соответственно 1 см  и  1 г. Какой
вывод можно сделать по результатам эксперимента?

 1) С учетом погрешности
измерений эксперимент подтвердил правильность гипотезы

2) Условия проведения эксперимента
не соответствуют выдвинутой гипотезе

3) Погрешности измерений
настолько велики, что не позволили проверить гипотезу

4) Большинство результатов
измерений подтверждает гипотезу, но при измерении массы бруска объемом 12,5 см³
допущена грубая ошибка

А
2. Исследовалась зависимость растяжения жгута от
приложенной силы. Погрешности измерения силы и величины растяжения жгута
составляли соответственно 0,5 Н  и  0,5 см. Результаты измерений с учетом их
погрешности представлены на рисунке. Согласно этим измерениям, жесткость жгута 
приблизительно равна

         1) 110 Н/м     2) 200 Н/м     3) 300 Н/м    
4) 500 Н/м

А 3. Горячая жидкость медленно
охлаждалась в стакане. В таблице приведены

результаты
измерений ее температуры с течением времени. 

Время, мин	0	2	4	6	8	10	12	14
Температура, °С	95	88	81	80	80	80	77	72

В стакане через 7
мин после начала измерений находилось вещество

1) и в жидком, и в
твердом состояниях

2) только в
твердом состоянии

3) только в жидком
состоянии

4) и в жидком, и в
газообразном состояниях

А
4. Ученику
предложили определить, на какую высоту  h поднимется шарик от пинг-понга,
выпущенный вертикально вверх пружинным пистолетом. Опираясь на закон сохранения
механической энергии, ученик записал равенство:  kx²/2=mgh.
Подставив известные ему значения жесткости пружины k пистолета, величину сжатия
пружины х и массу шарика m, он нашел, что  h = 8 м. Затем ученик решил
экспериментально проверить правильность расчета: вложил в пистолет шарик и
выстрелил вверх. Измерения показали, что шарик поднялся на высоту 4,5 м.
Погрешность измерения высоты подъема шарика составляла 0,5 м. Какой вывод
следует из эксперимента?

1) Погрешности измерений оказались слишком
большими, чтобы проверить верность расчетов.

2) Экспериментальная установка не
соответствует цели опыта.

3) При подсчете высоты h ученик ошибся,
т.к. не учитывал сопротивление воздуха.

4) С учетом погрешности измерений
эксперимент подтвердил теоретические расчеты.

А
5.
На
рисунке представлена фотография установки для исследования равноускоренного
скольжения каретки (1) массой 0,1 кг по наклонной плоскости,  установленной под
углом 30° к горизонту.

В момент начала
движения верхний датчик (А) включает секундомер (2),

а при прохождении
каретки мимо нижнего датчика (В) секундомер выключается. Числа на линейке
обозначают длину в сантиметрах. В какой момент времени выступ каретки проходит
мимо числа 45 на линейке? 

1) 0,80 с           2) 0,56 с              
 3)0,20 с              4) 0,28 с

II вариант

А 1. Ученик
предположил, что электрическое сопротивление отрезка металлического провода
прямо пропорционально его длине. Для проверки этой гипотезы он взял отрезки
проводов из разных металлов. Результаты измерения длины отрезков  и их
сопротивления ученик отметил точками на координатной плоскости {L, R}, как
показано на рисунке. Погрешности измерения длины и сопротивления равны
соответственно 5 см и  0,1 Ом. Какой вывод можно сделать по результатам
эксперимента?

1) С учетом погрешности измерений
эксперимент подтвердил правильность гипотезы.

2) Условия проведения эксперимента не
соответствовали выдвинутой гипотезе.

3) Погрешности измерений настолько велики,
что не позволили проверить гипотезу.

4) Большинство результатов измерений
подтверждает гипотезу, но при измерении сопротивления отрезка провода длиной 6
м допущена грубая ошибка.

А 2. Космонавты
исследовали зависимость силы тяжести от массы тела на посещенной ими планете.
Погрешность измерения силы тяжести равна 4 Н, а массы тела – 50 г. Результаты
измерений с учетом их погрешности представлены на рисунке. Согласно этим
измерениям, ускорение свободного падения на планете приблизительно равно

             1) 10
м/с²

             2) 7
м/с²

             3) 5
м/с²

             4)
2,5 м/с²

А 3.  Исследовалась
зависимость давления газа от предоставленного ему объема. Давление и объем из­мерялись
с погрешностями, соответственно равны­ми 0,1 · 10⁵ Па и 0,05 · 10^-3
м³. Результаты измерений приведены в таблице:

V, 10-3 м3	1	2	2,5	3	4,5
р, 105 Па	1	0,7	0,4	0,3	0,2

На основании этих
данных можно утверждать, что

1) при увеличении объема до 3 · 10^-3 
м³ давление газа линейно уменьшается, а после достижения 3,5 · 10^-3 
м³ стало возрастать

2) давление газа при неизменной
температуре обрат­но пропорционально предоставленному ему объему

3) при достижении объема V = 3 · 10^-3 
м³ стала повы­шаться температура газа

4) погрешности измерений слишком велики и
не дают возможности решить задачу экспериментального иссле­дования

А 4. В
результате теоретических расчетов ученик пришел к следующему выводу: если тело
без трения соскальзывает по наклонной плоскости с некоторой высоты  h, то
приобретаемая им скорость v = Далее ученик провел эксперимент: измерял
скорость металлического цилиндра, скатывая его по наклонной плоскости с разных
высот. График теоретически предсказанной зависимости v(h)
приведен на рисунке. Там же отмечены результаты измерений. Какой вывод можно
сделать из эксперимента?

1) Погрешность измерения высоты оказалась
слишком большой, чтобы проверить правильность расчетов.

2) Экспериментальная установка не
соответствует теоретической модели, используемой при расчете.

3) Законы механики неприменимы в данном
случае.

4) С учетом погрешности измерений
эксперимент подтвердил теоретические расчеты.

А 5. На рисунке
представлена фотография установки для исследования равноускоренного скольжения
каретки (1) массой 0,1 кг по наклонной плоскости,  установленной под углом 30° к
горизонту.

 

В момент начала
движения верхний датчик (А) включает секундомер (2), а при прохождении каретки
мимо нижнего датчика (В) секундомер выключается. Числа на линейке обозначают
длину в сантиметрах. Какое выражение позволяет вычислить скорость каретки в
любой момент времени?

             1) u 
= 1,25t        2) u  = 0,5t        3) u  = 2,5t            4) u  = 1,9t

 Результат
занесите в итоговую таблицу.

№ задания	А1	А2	А3	А4	А5
I вариант	2	3	1	3	2
II вариант	2	2	2	2	1

Механика — квантовая физика, методы научного познания

В. З. Шапиро

 В задании 23 ЕГЭ по физике мы применяем свои знания и умения для проведения физических экспериментов и лабораторных работ.

В задании требуется выбрать необходимый набор оборудования для практического определения какой-либо физической величины.

Здесь также возможен выбор оборудования для выявления экспериментальной зависимости одной физической величины от другой или для проведения опыта по заданной гипотезе.

Как выполнять задание 23 ЕГЭ по физике?

1. На первом этапе необходимо определить, какие физические величины должны быть постоянными, а какие в ходе эксперимента изменяются.
2. На втором этапе требуется объединение нескольких экспериментов в группы по постоянству физической величины.
3. На третьем этапе из созданных групп надо выбрать номера экспериментов, соответствующих условию задачи.

1. Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость объёма газа, находящегося в сосуде под подвижным поршнем, от внешнего давления.
   У него имеются пять различных сосудов с манометрами. Сосуды наполнены одним и тем же газом при различной температуре и давлении (см. таблицу).

Какие два сосуда необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование?

№ сосуда	Давление, кПа	Температура газа в сосуде, °С	Масса газа, г
1	150	50	10
2	200	50	15
3	150	20	15
4	150	20	10
5	200	20	15

Запишите в таблицу номера выбранных сосудов.

Ответ:   

Необходимая теория.

Изопроцессы

Согласно условию, в эксперименте проверяется гипотеза зависимости объёма газа, находящегося в сосуде под подвижным поршнем, от внешнего давления. Следовательно, остальные физические величины должны быть постоянными и не будут влиять на ход эксперимента. Из данных таблицы можно выделить две группы.

Первая – №№ сосудов 1 и 2; вторая – №№ сосудов 3, 4, 5. Распределение по группам сделано на основании постоянства температуры: для первой группы – 50 °С, для второй группы – 20 °С.

В первой группе находятся сосуды с массами газов 10 г и 15 г. Так как в проведении эксперимента не говорится о разных массах исследуемых газов, то эта выборка не удовлетворяет условию задачи.

Во второй группе объединены сосуды с массами газов 15 г, 10 г, 15 г. Рассуждая аналогично, условию проведения эксперимента будут соответствовать сосуды с № 3 и № 5. Дополнительно можно убедиться, что в этих сосудах созданы различные внешние давления 150 кПа и 200 кПа, которые именно влияют на объем газа в сосудах.

Ответ:

Секрет решения. Важно иметь опыт решения таких задач. На первый взгляд, задание кажется запутанным, но надо правильно представить, что должно влиять на ход эксперимента, а что не должно меняться. Тогда выбор оборудования для реализации гипотезы или опыта станет очевидным.

1. Необходимо экспериментально изучить зависимость заряда, накопленного конденсатором, от внутреннего сопротивления аккумулятора.

Какие две схемы следует использовать для проведения такого исследования?

1)		4)
2)		5)
3)

Ответ:

Необходимая теория.

Конденсатор. Энергия электрического поля

В этой задаче можно объединить схемы под № 1, № 3, № 5

и № 2, № 4.

Распределение по группам сделано на основании постоянства ЭДС. Из первой группы можно выделить схемы под номерами № 1 и № 5.

На них указаны одинаковые значения ЭДС, одинаковые сопротивления резисторов и одинаковые емкости конденсаторов. Схемы отличаются разными внутренними сопротивлениями источников тока. Согласно условию, именно эти схемы подходят для исследования зависимости заряда, накопленного конденсатором, от внутреннего сопротивления аккумулятора.

Ответ:

Секрет решения. В этой задаче очень важно увидеть все элементы, использованные на схеме. Идеально, если вы поймете, как этот эксперимент выполняется в реальности. Тогда выбор двух схем для исследования будет несложным.

1. Необходимо собрать экспериментальную установку и определить с её помощью внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. Для этого школьник взял аккумулятор, ключ, вольтметр и реостат. Какие два предмета из приведённого ниже перечня оборудования необходимо дополнительно использовать для проведения этого эксперимента?

1)	лампа накаливания;
2)	конденсатор;
3)	соединительные провода;
4)	амперметр;
5)	секундомер.

В ответ запишите номера выбранных оборудований.

 Ответ:

Необходимая теория.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

В подобной задаче, где требуется экспериментально определить значение физической величины, надо соблюсти два условия.

1. Использовать необходимую формулу, при помощи которой можно провести расчет неизвестной физической величины.
2. Подкрепить свои рассуждения и расчеты пояснительным рисунком или электрической схемой.

Решение данной задачи основывается на законе Ома для полной цепи.

Из этой формулы надо выразить внутреннее сопротивление источника тока.

Схема для проведения эксперимента представлена на рисунке.

При разомкнутом ключе К вольтметр показывает значение ЭДС источника тока, при замкнутом – падение напряжения на внешнем участке цепи, равное напряжению на реостате.

Для нахождение внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи необходимо измерить значение ЭДС, падение напряжения на внешнем участке цепи (напряжение на реостате) и определить величину силы тока. Для этого необходимо использовать следующие приборы: вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, аккумуляторную батарею. Так как часть этих приборов дается по условию задачи, вам надо добавить только амперметр и соединительные провода.

Ответ:

Секрет решения. В подобных задачах надо вспомнить физическую формулу, позволяющую рассчитать искомую физическую величину. Это могут быть формулы для расчета периодов колебаний математического (нитяного) и пружинного маятников, формулы законов Ома для участка цепи и для полной цепи и т. д. Затем свой «воображаемый эксперимент» можно изобразить на рисунке или схеме. Тогда выбор необходимого оборудования станет очевидным.

Для решения заданий № 23 могут потребоваться знания базовых понятий из разных разделов физики – из механики, электродинамики и др. Они описаны в теоретических разделах к соответствующим заданиям. Объединяет задания № 23 то, что они связаны с проведением физических экспериментов. Поэтому в данном случае необходимо хорошо ориентироваться в том, какие устройства, приборы и подручные средства для этого обычно используются. Некоторые из них знакомы любому человеку – линейка, мензурка и т.п.

Задание EF18915

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?

а) деревянная рейка

б) динамометр

в) мензурка

г) пластмассовая рейка

д) линейка

---

Алгоритм решения

1.Проанализировать задачу. Выяснить, какие предметы необходимы для проведения опыта.

2.Вывести формулу для коэффициента трения.

3.Определить, какую величину нужно измерить, чтобы рассчитать коэффициент трения, и какой прибор для этого нужен.

Решение

Для определения коэффициента трения стали по дереву, нужен не только стальной груз, но и деревянная поверхность. То есть, понадобится деревянная рейка.

Сила трения определяется формулой:

Отсюда коэффициент трения равен:

Ускорение свободного падения известно. Массу можно измерить на весах, но весов в вариантах ответа нет. Силу трения можно измерить динамометром. Следовательно, для опыта нужны только динамометр и деревянная рейка. Рейка из пластика не понадобится, так как цели расчета коэффициента трения стали по пластику нет. Мензурка используется для определения объема жидкости. В данном опыте она тоже не нужна.

Ответ: аб

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18477

Ученик изучает силу Архимеда, действующую на тела, полностью погружённые в жидкость. В его распоряжении имеется установка, состоящая из ёмкости с водой и сплошного деревянного шарика объёмом 30 см³. Какая из следующих установок необходима ещё ученику для того, чтобы на опыте обнаружить зависимость силы Архимеда от объёма тела?

№ установки	Жидкость, налитая в ёмкость	Объём шарика	Материал, из которого сделан шарик
1	вода	30 см3	сталь
2	вода	20 см3	дерево
3	керосин	20 см3	дерево
4	подсолнечное масло	30 см3	сталь

Ответ:

а) установка № 1

б) установка № 2

в) установка № 3

г) установка № 4

---

Алгоритм решения

1. Сделать анализ задачи. Определить, какие величины в опыте остаются постоянными.
2. Определить, какие величины должны быть в опыте переменными.

Решение

Ученик изучает силу Архимеда, действующую на тела, полностью погружённые в жидкость. В формулировке слово «жидкость» используется в единственном числе. Следовательно, жидкость во всех опытах будет одной и той же (плотность жидкости будет постоянной). У ученика уже есть установка, в которую входит емкость с водой. Поэтому во второй установке в качестве жидкости тоже должна использоваться вода. Варианты 3 и 4 исключаются.

В формулировки задачи также говорится о «телах». Они могут быть выполнены из разных материалов, и они могут иметь разный объем. Но известно, что архимедова сила зависит только от объема тела. Поэтому во второй установке нужно использовать тело другого объема. В вариантах 1 и 2 этому условию соответствует деревянный шарик объемом 20 куб. см (так как в первой установке используется шарик объемом 30 куб. см).

Отсюда верный ответ: б.

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF22696

Необходимо экспериментально изучить зависимость силы Архимеда, действующей на тело, погружённое в жидкость, от плотности жидкости.

Какие две установки следует использовать для проведения такого исследования?

---

Алгоритм решения

1. Установить цели опыта.
2. Сделать вывод о том, какие величины в опыте должны быть постоянными, а какие — переменными.
3. Выбрать установки, соответствующие выводу.

Решение

В опыте нужно изучить зависимость силы Архимеда, действующей на тело, погружённое в жидкость, от плотности жидкости. Это значит, что плотность жидкости — величина переменная. Все остальные величины при этом должны оставаться постоянным. Поэтому нам нужны установки с разными жидкостями, но одинаковыми телами. Этому условию соответствуют две установки: «а» и «д».

Ответ: ад

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18695

Ученик изучает свойства плоского конденсатора. Какую пару конденсаторов (см. рисунок) он должен выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками?

---

Алгоритм решения

1. Установить, какие величины в данном эксперименте должны быть переменными, а какие — постоянными.
2. Найти рисунок с парой конденсаторов, удовлетворяющий требованиям, выявленным в шаге 1.

Решение

Чтобы на опыте обнаружить зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками, нужно сохранить все величины постоянными, кроме самого расстояния. Поэтому площади обкладок должны быть одинаковыми, но расстояние между ними разными, как на рисунке 1.

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18445

Для проведения лабораторной работы по обнаружению зависимости сопротивления проводника от его диаметра ученику выдали медный проводник длиной 10 м и диаметром 1,0 мм. Какой ещё проводник из предложенных ниже необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование?

Ответ:

а) проводник № 1

б) проводник № 2

в) проводник № 3

г) проводник № 4

---

Алгоритм решения

1. Определить задачу лабораторных испытаний.
2. Определить, какие величины в эксперименте должны оставаться постоянными, а какие переменными.
3. Выбрать подходящий проводник.

Решение

Учение проводит лабораторную работу по обнаружению зависимости  сопротивления проводника от его диаметра. Следовательно, материал проводника и его длина должны оставаться постоянными. Меняться должен только его диаметр. Поскольку в первом опыте берется медный длиной 10 м, диаметром 1,0 мм, то в следующем опыте он тоже должен быть медным, и длина его должна составлять 10 м, но диаметр должен быть другим. Этому условия удовлетворяет второй проводник.

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF22760

Необходимо сделать нитяной маятник и с его помощью экспериментально определить ускорение свободного падения. Для этого школьник уже взял штатив с муфтой и лапкой, линейку и нить. Какие два предмета из приведённого ниже перечня оборудования необходимо дополнительно использовать для проведения этого эксперимента?

Ответ:

а) секундомер

б) динамометр

в) мензурка

г) электронные весы

д) алюминиевый шарик

---

Алгоритм решения

1.Записать формулу, которая связывает ускорение свободного падения с периодом колебаний маятника.

2.Определить, что не хватает для проведения эксперимента и выбрать недостающие предметы из списка.

Решение

Ускорение свободного падения с периодом колебаний маятника связывает формула:

T=2π√lg

Следовательно, нужно значит не только длину нити маятника, но и период колебаний. Измерить его можно с помощью секундомера. А чтобы получить сам маятник, к нити нужно будет привязать массивный шарик. Например, алюминиевый.

Ответ: а, д

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18116

Ученик изучает зависимость периода электромагнитных колебаний в контуре от ёмкости конденсатора. Какие два контура он должен выбрать для этого исследования?

---

Алгоритм решения

1. Выделить цель эксперимента.
2. Установить, какие величины для достижения цели эксперимента должны меняться, а какие — оставаться постоянными.
3. Выбрать верную пару контуров

Решение

Цель эксперимента — изучить зависимость периода электромагнитных колебаний в контуре от ёмкости конденсатора. Следовательно, емкости конденсатора должна быть единственной меняющейся величиной. При этом все другие величины должны оставаться постоянными. Поэтому катушки индуктивности должны быть одинаковыми, но конденсаторы — разные. Этому условию соответствует рисунок «а».

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17607

Пучок белого света, пройдя через призму, разлагается в спектр. Было выдвинуто предположение о том, что ширина пучка на экране за призмой зависит от угла при вершине призмы. Необходимо экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два опыта (см. рисунок) нужно провести для такого исследования?

---

Алгоритм решения

1. Установить, какие условия проведения эксперимента должны менять, а какие — оставаться постоянными, чтобы проверить данную гипотезу.
2. Выбрать 2 картинки, удовлетворяющие этим условиям.

Решение

Если нужно проверить, зависит ширина пучка на экране за призмой от угла при вершине призмы, нужно поставить эксперименты с разными углами при вершине призмы. Угол падения на призму при этом должен быть одним и тем же. Этим условиям удовлетворяют призмы, изображенные на картинках А и В.

Ответ: АВ

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF22791

Погрешность прямого измерения силы динамометром, на котором висит груз, равна цене деления. Каков вес груза?

Ответ: (                  ±                  ) Н.

Внимание! Записывать ответ следует последовательностью цифр без запятых.

---

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Определить цену деления шкалы.

3.Записать значение измерения с учетом погрешности.

Решение

Из условий задачи известно, что погрешность равна цене деления шкалы. Цена деления шкалы определяется отношением разности двух ближайших числовых обозначений на шкале и количеству делений между ними. Возьмем ближайшие значения 1,0 и 1,5. Между ними 5 делений. Следовательно, цена деления шкалы динамометра равна:

Так как погрешность равна цене деления, она также равна 0,1 Н.

Стрелка динамометра показывает 1,1 Н. Следовательно, вес груза равен: 1,1±0,1. Но по условию задачи ответ нужно записать без запятых и прочих знаков. Следовательно, верный ответ: 1101.

Ответ: 1101

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить