Физика егэ задания с графиками - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

По графику зависимости модуля скорости тела от времени, представленного на рисунке, определите путь, пройденный телом от момента времени 0 с до момента времени 2 с. (Ответ дайте в метрах.)

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости автомобиля от времени. Определите по графику путь, пройденный автомобилем в интервале от момента времени 0 с до момента времени 5 с после начала отсчета времени. (Ответ дайте в метрах.)

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени. Какой путь пройден телом за вторую секунду? (Ответ дайте в метрах.)

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени.

Найдите путь, пройденный телом за время от момента времени 0 с до момента времени 5 с. (Ответ дайте в метрах.)

На рисунке представлен график зависимости пути от времени. Определите по графику скорость движения велосипедиста в интервале от момента времени 1 с до момента времени 3 с после начала движения. (Ответ дайте в метрах в секунду.)

Пройти тестирование по этим заданиям

Источник

Кинематика. Равномерное прямолинейное движение, равноускоренное прямолинейное движение, движение по окружности.

В. З. Шапиро

Первое задание ЕГЭ по физике проверяет ваши знания по разделу «Кинематика». Оно относится к базовому уровню, и в нем нет возможности выбора ответа. Для его решения необходимо проанализировать условие задачи, внимательно рассмотреть график зависимости кинематической величины от времени (при наличии такого графика), правильно подобрать формулу, провести расчет и записать ответ в предлагаемых единицах измерения.

Определение кинематических величин по графику

1. На рисунке приведён график зависимости проекции скорости тела от времени t.

Определите проекцию ускорения тела a_x в промежутке времени от 15 до 20 с.

Ответ: _________________________ м/с².Решение:

На графике представлена зависимость проекции скорости от времени. На участке от 15 до 20 с скорость тела изменяется от 10 м/с до -10 м/с. Это говорит о равноускоренном движении, причем проекция ускорения тела должна быть отрицательной. Для решения задачи необходимо воспользоваться формулой для определения проекции ускорения:

$a_x=frac{v_x-v_{0x}}{t}.$ Проведем расчет: $a_x=frac{-10-10}{5}=-4$ (м/с²).Полученный результат подтверждает, что движение равноускоренное, причем проекция ускорения отрицательная.

Ответ: -4 м/с².

Секрет решения: Долгое время в учебниках физики движение с переменной скоростью делилось на равноускоренное и равнозамедленное $(a_{x } , textless ,0).$ Но в последнее время в основном применяют термин «равноускоренное движение», подразумевая постоянство ускорения. Только знак проекции ускорения определяет возрастание или убывание скорости движения тела.

Необходимая теория: Равноускоренное движение

2. На рисунке приведён график зависимости координаты тела x от времени t при его прямолинейном движении по оси x.

Определите проекцию скорости тела в промежутке времени от 25 до 30 с.

Ответ: ___________________________ м/с.

Согласно представленному графику, зависимость координаты тела от времени является линейной. Это указывает на равномерный характер движения тела. Чтобы решить задачу, необходимо воспользоваться формулой для определения скорости при равномерном движении:

$v_x=frac{x-x_0}{t}.$ Проведем расчет: $v_x=frac{0-10}{5}=-2$ (м/с)

Ответ: -2 м/с.

Проекция скорости получилась отрицательной, и это означает, что в указанный временной интервал тело двигалось в направлении, противоположном выбранной оси Ох.

Необходимая теория: Вычисление перемещения по графику проекции скорости

3. Автомобиль движется по прямой улице вдоль оси Ox. На графике представлена зависимость проекции его скорости от времени.

Определите путь, пройденный автомобилем за 30 с от момента начала наблюдения.

Ответ: _________________________ м.

Так как по условию задачи нам дается график зависимости проекции скорости от времени, то пройденный путь будет определяться площадью геометрической фигуры под графиком. Для вычисления площади получившегося пятиугольника его можно разбить на несколько фигур, например, на две трапеции (см. рис.).

Используя известные формулы для нахождения площади трапеции, можно рассчитать путь за первые 10 с и последующие 20 с (от 10 с до 30 с).

$S_1= frac{10+20}{2} cdot 10=150$ (м); $S_2= frac{10+20}{2} cdot 20=300$ (м);

(м).

Ответ: 450 м.

Полученный пятиугольник можно разбить не только на две трапеции. Здесь можно выделить трапецию, прямоугольник и треугольник. Тогда необходимо рассчитывать площади трех фигур и так же их суммировать.

4. На рисунке приведен график зависимости проекции скорости тела, движущегося вдоль оси Ох, от времени.

Определите проекцию перемещения тела за 10 с от начала наблюдения.

Ответ: ________________________ м.

Так же, как в задаче №3, модуль перемещения будет определяться площадью геометрической фигуры под графиком. Но проекция перемещения за время от 0 до 6 с будет положительной, а от 6 до 10 с отрицательной. Общая проекция перемещения будет определяться их суммой.

$S_{1x}= frac{6+2}{2}cdot 10=40$ (м); $S_{2x}= frac{4cdot (-10)}{2}=-20$ (м); (м).

Ответ: 20 м.

При расчете $S_{2x}$ можно получить положительное число, но надо помнить, что в интервале от 6 до 10 с тело движется в направлении, противоположном оси Ох. Это означает, что проекция перемещения будет отрицательной. Пройденный путь за указанное время от 0 до 10 с определяется суммой модулей проекций перемещений и будет равным 60 м.

Относительность движения

5. Из двух городов навстречу друг другу с постоянной скоростью движутся два автомобиля. На графике показана зависимость расстояния между автомобилями от времени. Скорость второго автомобиля 25 м/с. С какой скоростью движется первый автомобиль?

Ответ: ________________________ м/с.

Формула для нахождения относительной скорости в векторной форме имеет вид:

Если два тела движутся навстречу друг другу, то в проекциях на ось оХ это уравнение выглядит следующим образом:

С учетом данных графика можно рассчитать относительную скорость этих автомобилей при движении навстречу друг другу. Это происходит на интервале от 0 до 60 мин.

, скорость первого автомобиля

Ответ: 15 м/с.

В курсе математики при изучении движения двух тел вводятся понятия «скорость сближения» и «скорость удаления». В первом случае скорости тел суммируются, во втором вычитаются. Эти действия основаны на знаках проекций скоростей движущихся тел. Действия с векторами и их проекциями на оси координат используются как в физике, так и в математике.

6. Два точечных тела начинают двигаться из одной точки вдоль оси OX в противоположных направлениях. На рисунке показаны графики зависимостей проекций их скоростей Vx на ось OX от времени t. Чему будет равно расстояние между этими телами через 8 секунд после начала движения?

Ответ: ___________________________ м.

Эта задача является комбинированной. Для её решения необходимо воспользоваться материалом двух тем: «Определение кинематических величин по графику» и «Относительность движения». Для определения проекций перемещений тел за 8 с необходимо рассчитать площади фигур под графиком.

$S_{1x}=frac{8cdot 6}{2}=24$ (м); $S_{2x}=frac{8cdot (-4)}{2}=-16$ (м).

Знак «минус» для $S_{2x}$ показывает, что тела движутся в противоположных направлениях. Поэтому расстояние между ними через 8 с равно сумме модулей перемещений.

$S_{1x}+S_{2x}=24+16=40$ (м).

Ответ: 40 м.

Секрет решения:. Самое главное в этой задаче – выяснить, в каких направлениях двигаются тела. Для этого надо уметь извлекать информацию из графических зависимостей, другими словами, надо уметь «читать» графики. Это умения необходимы почти во всех разделах физики.

7. Катер плывёт по прямой реке, двигаясь относительно берега перпендикулярно береговой линии. Модуль скорости катера относительно берега равен 6 км/ч. Река течёт со скоростью 4,5 км/ч. Чему равен модуль скорости катера относительно воды?

Ответ: ___________________________ км/ч

Решение задачи удобно сопроводить чертежом или рисунком. Выберем направление скорости реки вправо. Тогда катеру необходимо держать курс немного левее, чтобы двигаться перпендикулярно береговой линии.

Векторы собственной скорости катера, скорости течения реки и скорости катера относительно береговой линии образуют прямоугольный треугольник. Запишем для него теорему Пифагора:

Ответ: 7,5 км/ч.

Равномерное движение тел по окружности

Необходимая теория: Равномерное движение по окружности

8. Установленная на станке фреза равномерно вращается с частотой 600 оборотов в минуту. Чему равен модуль ускорения точек, находящихся на расстоянии 3 см от оси фрезы? Ответ округлите до целого числа.

Ответ: ___________________________ м/с².

Так как тело движется равномерно по окружности, то найти требуется центростремительное ускорение. Его можно рассчитать по формуле: Линейная скорость v связана с угловой w соотношением Подставляя это выражение в первое уравнение и проводя сокращения, получим При частоте вращения 600 оборотов в минуту тело будет совершать 10 оборотов за секунду.

Проведем расчет:

Ответ: 118 м/с².

В теме «Равномерное движение тел по окружности» достаточно много формул, которые трудно запоминаются. Из них надо знать базовые, которые относятся к периоду, частоте, линейной скорости, угловой скорости и центростремительному ускорению. Все остальные можно получить через достаточно простые рассуждения и выводы.

9. Две шестерни, сцепленные друг с другом, вращаются вокруг неподвижных осей. Большая шестерня радиусом 20 см делает 20 оборотов за 10 секунд. Сколько оборотов в секунду делает меньшая шестерня радиусом 10 см?

Ответ: ___________________________ Гц.

Так как шестерни касаются друг друга, это условие говорит о равенстве линейных скоростей этих тел. Выразим скорости вращения через радиусы и периоды обращения.

$v_1=frac{2pi R_1}{T_1}; v_2=frac{2pi R_2}{T_2}.$

Приравняем скорости и проведем сокращения.

$frac{2pi R_1}{T_1}=frac{2pi R_2}{T_2} ; frac{R_1}{T_1}=frac{R_1}{T_1};$ с учетом того, что период и частота величины обратные, запишем следующее равенство:

$R_{1 }vartheta_1=R_2vartheta_2$

$vartheta_2=frac{R_{1 }vartheta_1}{R_2}.$

Проведем расчет: $vartheta_2=frac{0,2}{0,1}cdot 2=4$ (Гц).

Ответ: 4 Гц.

В задачах подобного типа всегда надо искать физическую величину, которая является общей для нескольких тел. В данной задаче – это скорость вращения обеих шестерней. Но надо иметь ввиду, что частоты их вращения и угловые скорости различны.

10. Волчок, вращаясь с частотой 20 с^-1, свободно падает с высоты 5 м. Сколько оборотов сделает волчок за время падения?

Ответ: ___________________________ оборотов.

Вначале определим время падения волчка с высоты 5 м. Так как он падает свободно, то начальную скорость будет равна 0. Тогда высота и время падения будут связаны формулой $h=frac{gt^2}{2};$ отсюда $t=sqrt{frac{2h}{g}}.$ Проведем расчет времени падения: $t=sqrt{frac{2cdot 5}{10}} =1$ (с). Так как волчок вращается с частотой 20 $c^{-1},$ то это означает, что за 1 секунду он делает 20 оборотов. Так как время падения составляет 1 с, то количество оборотов также равно 20.

Ответ: 20.

Секрет решения: Эта задача — комбинированная. В ней связаны два раздела кинематики: «Равноускоренное движение» и «Равномерное движение тел по окружности». Надо знать, что суть формул при движении тел с ускорением по горизонтали или по вертикали под действием силы тяжести не меняется. Главное — не ошибиться со знаками проекций для скорости и ускорения.

Если вы хотите разобрать большее количество заданий — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по физике онлайн

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими публикациями.
Информация на странице «Задание 1 ЕГЭ по физике» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена:
09.03.2023

Источник

Задание 1

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости от времени t. Определите по графику путь, пройденный автомобилем в интервале времени от 10 до 30 с.

Ответ: ____________________ м.

Решение

Путь, пройденный автомобилем в интервале времени от 10 до 30 с проще всего определить как площадь прямоугольника, сторонами которого являются, интервал времени (30 – 10) = 20 c и скорость v = 10 м/с, т.е. S = 20 · 10 м/с = 200 м.

Ответ: 200 м.

Задание 2

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

Ответ: _________________

Решение

Вспомним связь между двумя величинами модулем силы трения и модулем силы нормального давления: F_тр= μN (1) , где μ – коэффициент трения. Выразим из формулы (1)

На графике найдем точку, для которой можно точно определить координаты. Это в нашем случае может быть F_тр = 1,0 Н, N = 8 Н, тогда

Ответ: 0,125.

Задание 3

Тело движется вдоль оси ОХ под действием силы F = 2 Н, направленной вдоль этой оси. На рисунке приведен график зависимости модуля скорости тела от времени. Какую мощность развивает эта сила в момент времени t = 3 c?

Решение

Для определения мощности силы по графику определим чему равен модуль скорости в момент времени 3 с. Скорость равна 8 м/с. Используем формулу для расчета мощности в данный момент времени: N = F · v (1), подставим числовые значения. N = 2 Н · 8 м/с = 16 Вт.

Ответ: 16 Вт.

Задание 4

Деревянный шарик (ρ_ш = 600 кг/м³) плавает в растительном масле (ρ_м = 900 кг/м³). Как изменится выталкивающая сила, действующая на шар и объем части шара, погруженной в жидкость если масло заменить на воду (ρ_в = 1000 кг/м³)

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Выталкивающая сила, действующая на шарик	Объем части шарика, погруженной в жидкость

Решение

Так как плотность материала шарика (ρ_ш = 600 кг/м³) меньше плотности маслa (ρ_м = 900 кг/м³) и меньше плотности воды (ρ_в = 1000 кг/м³), то шар плавает и в масле и в воде. Условие плавания тела в жидкости заключается в том, что выталкивающая сила Fa уравновешивает силу тяжести, то есть F_а = F_т. Так как сила тяжести шарика при замене масла на воду не изменилась, то не изменилась и выталкивающая сила.

Выталкивающую силу можно вычислить по формуле:

F_a = V_пчт · ρ_ж · g(1),

где V_пчт – объем погруженной части тела, ρ_ж – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения.

Выталкивающие силы в воде и в масле равны.

F_aм = F_ав, поэтому V_пчт · ρ_м · g = V_впчт · ρ_в · g;

V_мпчт · ρ_м = V_впчт · ρ_в (2)

Плотность масла меньше плотности воды, следовательно, чтобы выполнялось равенство (2) необходимо, чтобы объем части шарика, погруженной в масло V_мпчт, был больше объема части шарика, погруженной в воду V_впчт. Значит при замене масла на воду, объем части шарика, погруженной в воду уменьшается.

Выталкивающая сила, действующая на шарик	Объем части шарика, погруженной в жидкость
3	2

Ответ: 32

Задание 5

Шарик брошен вертикально вверх с начальной скоростью (см. рисунок). Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять (t₀ – время полета). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)
Б)

1)	координата шарика
2)	проекция скорости шарика
3)	проекция ускорения шарика
4)	модуль силы тяжести, действующей на шарик

Решение

Определим по условию задачи характер движения шарика. Учитывая, что шарик движется с ускорением свободного падения, вектор которого направлен противоположно выбранной оси, уравнение зависимости проекции скорости от времени, будет иметь вид: v_1y = v_y – gt (1) Скорость шарика уменьшается, и в наивысшей точке подъема равна нулю. После чего шарик начнет падать до момента t₀ – всего времени полета. По величине скорость шарика в момент падения будет равна v, но проекция вектора скорости будет отрицательна, так как направление оси y и вектора скорости противоположны. Следовательно график по буквой А, соответствует зависимости по номером 2) проекции скорости от времени. Графику под буквой Б) соответствует зависимость под цифрой 3) проекция ускорения шарика. Так как ускорение свободного падения у поверхности Земли можно считать постоянным, то графиком будет прямая линия, параллельная оси времени. Так как вектор ускорения и направление не совпадают по направлению, то проекция вектора ускорения отрицательная.

Полезно исключить ответы неверные. Если движение равнопеременное, то графиком зависимости координаты от времени, должна быть парабола. Такого графика нет. Модуль силы тяжести, этой зависимости должен соответствовать график расположенный выше оси времени.

Ответ: 23

Задание 6

Груз изображенного на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняется кинетическая энергия груза маятника, скорость груза и жесткость пружины при движении груза маятника от точки 2 к точке 1

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Кинетическая энергия груза	Скорость груза	Жесткость пружины

Решение

Груз на пружине совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Точка 2 соответствует положению равновесия. Согласно закону сохранения и превращения механической энергии при переходе груза из точки 2 к точке 1, энергия не исчезает, она превращается из одного вида в другой. Полная энергия сохраняется. В нашем случае увеличивается деформация пружины, возникающая сила упругости будет направлена к положению равновесия. Поскольку сила упругости направлена против скорости движения тела, то она тормозит его движение. Следовательно, скорость шарика уменьшается. Кинетическая энергия уменьшается. Увеличивается потенциальная энергия. Жесткость пружины в ходе движения тела не изменяется.

Кинетическая энергия груза	Скорость груза	Жесткость пружины
2	2	3

Ответ: 223.

Задание 7

Установите соответствие между зависимостью координаты тела от времени (все величины выражены в СИ) и зависимостью проекции скорости от времени для того же тела. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами

КООРДИНАТА

СКОРОСТЬ

А)	x =10 − 5t + 2t²
Б)	x = 5 − 4t²

1)	v_x = 5 + 4t
2)	v_x = 4t − 5
3)	v_x = −4t²
4)	v_x= −8t

Решение

Полезно записать закон движения (зависимость координаты тела от времени) в общем виде:

х = x₀ + v_xt +	a_x · t²	(1),
2

где х₀ – начальная координата тела; v_x – проекция вектора скорости на выбранную ось; a_x – проекция вектора ускорения на выбранную ось; t – время движения.

Для тела А запишем: начальная координата х₀ = 10 м; v_x = –5 м/с; a_x = 4 м/с². Тогда уравнение проекции скорости от времени будет иметь вид:

v_x = v_0x + a_xt (2)

Для нашего случая vx = 4t – 5.

Для тела Б запишем принимая во внимание формулу (1): х₀ = 5 м; v_x = 0 м/с; a_x = –8 м/с². Тогда уравнение проекции скорости от времени для тела Б запишем v_x = –8t.

Ответ: 24.

Задание 8

В результате нагревания неона абсолютная температура газа увеличилась в 4 раза. Во сколько раз изменилась при этом средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул?

Решение

Необходимо вспомнить связь средней кинетической энергии теплового движения молекул и температуры.

где k – постоянная Больцмана, T – температура газа в Кельвинах. Из формулы видно, что зависимость средней кинетической энергии от температуры прямая, то есть во сколько раз изменяется температура, во столько раз изменяется средняя кинетическая энергия теплового движения молекул.

Ответ: в 4 раза.

Задание 9

Газ в некотором процессе отдал количество теплоты 35 Дж, а внутренняя энергия газа в этом процессе, увеличилась на 10 Дж. Какую работу совершили над газом внешние силы?

Решение

В условии задачи идет речь о работе внешних сил над газом. Поэтому первый закон термодинамики лучше записать в виде:

∆U = Q + A_в.с (1),

Где ∆U = 10 Дж – изменение внутренней энергии газа; Q = –35 Дж – количество теплоты отданное газом, A_в.с – работа внешних сил.

Подставим числовые значения в формулу (1) 10 = –35 + А_в.с; Следовательно работа внешних сил будет равна 45 Дж.

Ответ: 45 Дж.

Задание 10

Парциальное давление водяных паров при 19° С было равно 1,1 кПа Найти относительную влажность воздуха, если давление насыщенного пара при этой температуре равно 2,2 кПа?

Решение

По определению относительной влажности воздуха

φ =	P_в.п	· 100% (1),
P_н.п

φ – относительная влажность воздуха, в процентах; P_в.п – парциальное давление водяного пара, P_н.п – давление насыщенного пара при данной температуре.

Подставим числовые значения в формулу (1).

φ =	1,1 · 10³ Па	· 100% = 50%
2,2 · 10³ Па

Ответ: 50%.

Задание 11

Изменение состояния фиксированного количества одноатомного идеального газа происходит по циклу, показанному на рисунке.

Установите соответствие между процессами и физическими величинами (∆U – изменение внутренней энергии; А – работа газа), которые их характеризуют.

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

ПРОЦЕССЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)	переход 1 → 2
Б)	переход 2 → 3

1)	ΔU > 0; A > 0
2)	ΔU < 0; A < 0
3)	ΔU < 0; A = 0
4)	ΔU > 0; A = 0

Ответ :

Решение

Данный график можно перестроить в осях PV или разобраться с тем, что дано. На участке 1–2, изохорный процесс V = const; Растет давление и температура. Газ работу не совершает. Поэтому A = 0, Изменение внутренней энергии больше нуля. Следовательно, верно записаны физические величины и их изменения под номером 4) ΔU > 0; A = 0. Участок 2–3: изобарный процесс, P = const; увеличивается температура и увеличивается объем. Газ расширяется, работа газа A>0, Следовательно, переходу 2–3 соответствует запись под номером 1) ΔU > 0; A > 0.

Ответ:

Задание 12

Идеальный одноатомный газ, находящийся в цилиндре под тяжелым поршнем (трением между поверхностью поршня и цилиндром можно пренебречь), медленно нагревают от 300 К до 400 К. Внешнее давление при этом не изменяется. Затем этот же газ вновь нагревают от 400 К до 500 К, но уже с закрепленным поршнем (поршень не двигается).

Сравните работу газа, изменение внутренней энергии и количество теплоты, полученное газом, в первом и втором процессах.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Работа газа	Изменение внутренней энергии	Количество теплоты, полученное газом

Решение

Если газ медленно нагревают в цилиндре с незакрепленным тяжелым поршнем, то при неизменном внешнем давлении процесс можно считать изобарным (давление газа не изменяется)

Следовательно, работу газа можно вычислить по формуле:

A = P · (V₂ – V₁), (1)

где A – работа газа в изобарном процессе; P – давление газа; V₁ – объем газа в начальном состоянии; V₂ – объем газа в конечном состоянии.

Изменение внутренней энергии идеального одноатомного газа вычисляется по формуле:

где v – количество вещества; R – универсальная газовая постоянная; ∆T – изменение температуры газа.

∆T= T₂ – T₁ = 400 К – 300 К = 100 К.

По первому закону термодинамики количество теплоты, полученное газом, равно

Q = ∆U + A (3)

Q = 150vR + P(V₂ – V₁) (4);

Если газ нагревают в цилиндре с закрепленным поршнем, то процесс можно считать изохорным (объем газа не изменяется). В изохорном процессе идеальный газ не совершает работу (поршень не перемещается).

A_г = 0 (5)

Изменение внутренней энергии равно:

∆U =	3	vR (T₄ – T₃) = 150 vR (6)
2

Количество теплоты в этом случае: Q = 150vR (7)

Сравнивая (1) и (5), (2) и (6), (4) и (7) делаем вывод. Работа газа уменьшилась, Изменение внутренней энергии осталось прежним, количество теплоты, полученное газом, уменьшилось.

Работа газа	Изменение внутренней энергии	Количество теплоты, полученное газом
2	3	2

Ответ: 232.

Задание 13

В электрическое поле внесли незаряженный кусок диэлектрика (см. рисунок). Затем его разделили на две равные части (пунктирная линия) и после этого вынесли из электрического поля. Какой заряд будет иметь каждая часть диэлектрика?

Заряд обеих частей равен нулю;
Левая часть заряжена положительно, правая – отрицательно;
Левая часть заряжена отрицательно, правая – положительно;
Обе части заряжены отрицательно;
Обе части заряжены положительно.

Решение

Если внести в электрическое поле диэлектрик, (вещество в котором нет свободных электрических зарядов) при обычных условиях, то наблюдается явление поляризации. В диэлектриках заряженные частицы не способны двигаться по всему объему, а могут лишь смещаться на небольшие расстояния относительно своих постоянных положений, электрические заряды в диэлектриках связанные. Если диэлектрик вынести из поля, то заряд обеих частей равен нулю.

Ответ: 1.

Задание 14

Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью C и катушки с индуктивности L. Как изменится частота и длина волны колебательного контура, если площадь пластин конденсатора уменьшить в два раза? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Решение

В задаче говорится о колебательном контуре. По определению периода колебаний возникающих в контуре , длина волны связана с частотой

где v – частота колебаний. По определению емкости конденсатора

C = ε₀ εS/d (3),

где ε₀ – электрическая постоянная, ε – диэлектрическая проницаемость среды. По условию задачи уменьшают площадь пластин. Следовательно, уменьшается емкость конденсатора. Из формулы (1) видим, что уменьшится период электромагнитных колебаний, возникающих в контуре. Зная связь периода и частоты колебаний

видим, что частота колебаний увеличивается. А используя формулу (2), заключаем, что длина волны уменьшается.

Ответ: 12.

Задание 15

На графике показано как меняется индукция магнитного поля с течением времени в проводящем контуре. В какой промежуток времени в контуре будет возникать индукционный ток.

Решение

По определению индукционный ток в проводящем замкнутом контуре возникает при условии изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Закон электромагнитной индукции, где Ɛ – ЭДС индукции, ∆Φ – изменение магнитного потока, ∆t промежуток времени, в течении которого происходят изменения.

Магнитный поток по условию задачи будет меняться, если меняется индукция магнитного поля. Это происходит в интервале времени от 1 с до 3 с. Площадь контура не изменяется. Следовательно, индукционный ток возникает в случае

К моменту времени t = 1 с изменение магнитного потока через контур больше нуля.
Индукционный ток в контуре возникает в интервале от (t = 1 с до t = 3 с)
Модуль ЭДС индукции, возникающей в контуре, равен 10 мВ.
изменение магнитного потока через контур от t = 3 c до t = 4 с меньше нуля.
Индукционный ток равен нулю в промежутки времени от (t = 0 с до t = 1 с) и от (t = 3 с до t = 4 с)

Ответ: 2,5.

Задание 16

Квадратная рамка расположена в однородном магнитном поле в плоскости линий магнитной индукции (см. рисунок). Направление тока в рамке показано стрелками. Как направлена сила, действующая на сторону ab рамки со стороны внешнего магнитного поля ? (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя)

Решение

На рамку с током со стороны магнитного поля действует сила Ампера. Направление вектора силы Ампера определяется мнемоническим правилом левой руки. Четыре пальца левой руки направляем по току стороны ab, вектор индукции В, должен входить в ладонь, тогда большой палец покажет направление вектора силы Ампера.

Ответ: к наблюдателю.

Задание 17

Заряженная частица влетает с некоторой скоростью в однородное магнитное поле перпендикулярно силовым линиям поля. С некоторого момента времени, модуль индукции магнитного поля увеличили. Заряд частицы не изменился.

Как изменилась сила, действующая на движущуюся частицу в магнитном поле, радиус окружности, по которой движется частица, и кинетическая энергия частицы после увеличения модуля индукции магнитного поля?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Сила, действующая на движущуюся частицу в магнитном поле	Радиус окружности, по которой движется частица	Кинетическая энергия частицы

Решение

На частицу, движущуюся в магнитном поле, действует со стороны магнитного поля сила Лоренца. Модуль силы Лоренца можно рассчитать по формуле:

F_л = B · q · vsinα (1),

где B – индукция магнитного поля, q – заряд частицы, v – скорость частицы, α – угол, между вектором скорости и вектором магнитной индукции.

В нашем случае частица влетает перпендикулярно силовым линиям, α = 90° , sin90 = 1.

Из формулы (1) видно, что с увеличением индукции магнитного поля , сила, действующая на частицу, движущуюся в магнитном поле, увеличивается.

Формула радиуса окружности , по которой движется заряженная частица имеет вид:

где m – масса частицы. Следовательно, с увеличением индукции поля, радиус окружности уменьшается.

Сила Лоренца работы не совершает над движущейся частицей, так как угол между вектором силы и вектором перемещения (вектор перемещения направлен по вектору скорости) равен 90°.

Поэтому кинетическая энергия независимо от значения индукции магнитного поля не изменяется.

Сила, действующая на движущуюся частицу в магнитном поле	Радиус окружности, по которой движется частица	Кинетическая энергия частицы
1	2	3

Ответ: 123.

Задание 18

По участку цепи постоянного тока с сопротивлением R течет ток I. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции из первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА		Формулы
А) Мощность тока, выделяющаяся на резисторе		1) IR
Б) Напряжение на резисторе		2) I² R
		3)
		4)

Ответ:

Решение

Полезно вспомнить, как рассчитывается мощность электрического тока.

где P – мощность электрического тока, A – работа электрического тока, t – время, в течение которого по проводнику протекает электрический ток. Работа, в свою очередь, рассчитывается

A = IUt (2),

где I – сила электрического тока, U – напряжение на участке,

Закон Ома для участка цепи , R сопротивление проводника. Работая с уравнениями, получим, что мощность тока, выделяющаяся на резисторе I²R, напряжение на резисторе IR

Ответ:

Задание 19

В результате реакции ядра и α частицы появились протон и ядро:

Решение

Pапишем ядерную реакцию для нашего случая:

В результате этой реакции, выполняется закон сохранения зарядового и массового числа. Z = 13 + 2 – 1 = 14; M = 27 + 4 – 1 = 30.

Следовательно, ядро под номером 3)

Ответ: 3

Задание 20

Период полураспада вещества составляет 18 минут, первоначальная масса 120 мг, Чему будет равна масса вещества через 54 минуты, ответ выразить в мг?

Решение

Задача на использование закона радиоактивного распада. Его можно записать в виде

где m₀ – первоначальная масса вещества, t – время за которое распадается вещество , T – период полураспада. Подставим числовые значения

m = 120 · 2 –	54	= 120 · 2^–3 = 120	1	= 15 (мг)
18	8

Ответ: 15 мг.

Задание 21

Фотокатод фотоэлемента освещают ультрафиолетовым светом определенной частоты. Как изменяется работа выхода материала (вещества) фотокатода, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов и красная граница фотоэффекта, если частоту света увеличить?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличилась;
Уменьшилась;
Не изменилась.

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

Работа выхода материала фотокатода	Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов	Красная граница фотоэффекта

Решение

Полезно вспомнить определение фотоэффекта. Это явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. Различают внешний и внутренний фотоэффект. В нашем случае речь идет о внешнем фотоэффекте. Когда под действием света происходит вырывание электронов из вещества. Работа выхода зависит от материала, из которого изготовлен фотокатод фотоэлемента, и не зависит от частоты света. Поэтому при увеличении частоты ультрафиолетового света, падающего на фотокатод, работа выходане изменяется.

Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

hv = A_вых + E_к (1),

hv – энергия фотона, падающего на фотокатод, A_вых – работа выхода, E_к – максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из фотокатода под действием света.

Из формулы (1) выразим

E_к = hv – A_вых (2),

следовательно, при увеличении частоты ультрафиолетового света максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается.

Красная граница

это минимальная частота, при которой еще возможен фотоэффект. Так как работа выхода не изменяется, то и красная граница фотоэффекта для нашего материала не изменяется.

Работа выхода материала фотокатода	Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов	Красная граница фотоэффекта
3	1	3

Ответ: 313.

Задание 22

В мензурку налита вода. Выберите верное значение объема воды, учитывая, что погрешность измерения равна половине цены деления шкалы.

	1)	90 мл
2)	(90±15) мл
3)	(100±5) мл
4)	(100±15) мл

Решение

Задание проверяет умение записывать показания измерительного прибора с учетом заданной погрешности измерений. Определим цену деления шкалы

с =	90 мл – 60 мл	= 10 мл;
3

Погрешность измерения по условию равна половине цены деления, т.е.

∆V =	c	=	10 мл	= 5 мл.
2	2

Конечный результат запишем в виде:

V = (100 ± 5) мл

Ответ: 3.

Задание 23

Проводники изготовлены из одного и того же материала. Какую пару проводников нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость сопротивления проволоки от ее диаметра?

Решение

В задание говорится о том, что проводники изготовлены из одного и того же материала, т.е. их удельные сопротивления одинаковые. Вспомним от каких величин зависит сопротивление проводника и запишем формулу для расчета сопротивления:

где R – сопротивление проводника, p – удельное сопротивление материал, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения проводника. Для того, чтобы выявить зависимость проводника от диаметра нужно взять проводники одинаковой длины, но разного диаметра. Заем, что площадь поперечного сечения проводника определяется как площадь круга:

где d – диаметра проводника. Следовательно, вариант ответа: 3.

Ответ: 3.

Задание 24

Снаряд массой 40 кг, летящий в горизонтальном направлении со скоростью 600 м/с, разрывается на две части массами 30 кг и 10 кг. Большая часть движется в прежнем направлении со скоростью 900 м/с. Определите числовое значение, и направление скорости меньшей части снаряда. В ответ запишите модуль этой скорости.

Решение

В момент разрыва снаряда (∆t → 0) действием силы тяжести можно пренебречь и рассматривать снаряд как замкнутую систему. По закону сохранения импульса: векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Для нашего случая запишем:

m = m₁₁ + m₂₂ (1)

– скорость снаряда; m — масса снаряда до разрыва; ₁ – скорость первого осколка; m₁ – масса первого осколка; m₂ – масса второго осколка; ₂ – скорость второго осколка.

Выберем положительное направление оси Х, совпадающей с направлением скорости снаряда, тогда в проекции на эту ось уравнение (1) запишем:

mv_x = m₁v₁_x + m₂v_2x (2)

Выразим из формулы (2) проекцию вектора скорости второго осколка.

v_2x= (	mv_x	–	m₁v_1x	);
m₂	m₂

подставим числовые значения.

v_2x=	40 кг · 600 м/с – 30 кг · 900м/с	= –300 м/с
10 кг

Меньшая часть снаряда в момент разрыва имеет скорость 300 м/с, направленную в сторону, противоположную первоначальному движению снаряда.

Ответ: 300 м/с.

Задание 25

В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего удельную теплоемкость 500 Дж/кг К и температуру 339 К, чтобы после опускания его в калориметр весь лед растаял? Тепловыми потерями пренебречь. Ответ представить в граммах.

Решение

Для решения задачи важно вспомнить уравнение теплового баланса. Если потерь нет, то в системе тел происходит теплопередача энергии. В результате чего, лед плавиться. Первоначально вода и лед находились в тепловом равновесии. Это значит, что начальная температура была 0° С или 273 К. Помним перевод из градусов Цельсия в градусы Кельвина. Т = t + 273. Так как по условию задачи спрашивается о минимальной массе болта, то энергии должно хватить только, чтобы расплавить лед.

с_бm_б(t_б – 0) = λm_л (1),

где λ – удельная теплота плавления, m_л – масса льда, m_б – масса болта.

Выразим из формулы (1)

m_б = 3,3·	105 Дж	·	5 · 10^–3 кг	= 0,05 кг = 50 г.
кг	500 Дж/кгК (339 – 273)

Ответ: 50 г.

Задание 26

В цепи, показанной на рисунке, идеальный амперметр показывает 6 А. Найдите ЭДС источника, если его внутреннее сопротивление 2 Ом.

Решение

Внимательно читаем условие задачи и разбираемся со схемой. В ней есть один элемент, который можно не заметить. Это пустой провод между резисторами в 1 Ом и 3 Ом. Если цепь будет замкнута, то электрический ток пройдет по этому проводу с наименьшим сопротивлением и через резистор 5 Ом.

Тогда закон Ома для полной цепи запишем в виде:

где – сила тока в цепи, ε – ЭДС источника, R – сопротивление нагрузки, r – внутренне сопротивление. Из формулы (1) выразим ЭДС

ε = I(R + r) (2)

ε = 6 A (5 Ом + 2 Ом) = 42 В.

Ответ: 42 В.

Задание 27

В камере, из которой откачали воздух, создали электрическое поле напряженностью и магнитное поле с индукцией . Поля однородные и векторы взаимно перпендикулярны. В камеру влетает протон p, вектор скорости которого перпендикулярен вектору напряженности и вектору магнитной индукции. Модули напряженности электрического поля и индукции магнитного поля таковы, что протон движется прямолинейно. Объясните, как изменится начальный участок траектории протона, если индукции магнитного поля увеличить. В ответе укажите, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием силы тяжести пренебречь.

Решение

В решении задачи необходимо остановиться на первоначальном движении протона и на изменении характера движения после изменения индукции магнитного поля. На протон действует магнитное поле силой Лоренца, модуль которой равен F_л = qvB и электрическое поле силой, модуль которой равен F_э = qE. Поскольку заряд протона положительный, то _э сонаправлена с вектором напряженности электрического поля. (См. рисунок) Так как протон первоначально двигался прямолинейно, то по модулю эти силы были равны согласно второму закону Ньютона.

С увеличением индукции магнитного поля будет увеличиваться сила Лоренца. Равнодействующая сил в этом случае будет отлична от нуля и направлена в сторону большей силы. А именно в сторону силы Лоренца. Равнодействующая сила сообщает протону ускорение, направленное влево, траектория протона будет криволинейной, отклоняющейся от первоначального направления.

Задание 28

Тело соскальзывает без трения по наклонному желобу, образующему «мертвую петлю» радиусом R. С какой высоты тело должно начать движение, чтобы не оторваться от желоба в верхней точке траектории.

Решение

Нам дана задача о неравномерно переменном движении тела по окружности. В процессе этого движения изменяется положение тела по высоте. Проще решить задачу, используя уравнения закона сохранения энергии и уравнения второго закона Ньютона по нормали к траектории движения. Сделали рисунок. Запишем формулу закона сохранения энергии:

A = W₂ – W₁ (1),

где W₂ и W₁ – полная механическая энергия в первом и втором положении. За нулевой уровень выберем положение стола. Нас интересуют два положения тела – это положение тела в начальный момент движения, второе – положение тела в верхней точке траектории (это точка 3 на рисунке). В процессе движения на тело действуют две силы: сила тяжести = и сила реакции опоры . Работа силы тяжести учитывается в изменении потенциальной энергии, сила работу не совершает, так она всюду перпендикулярна перемещению. А = 0 (2)

В положение 1: W₁ = mgh (3), где m – масса тела; g – ускорение свободного падения; h – высота , с которой тело начинает двигаться.

В положении 2 (точка 3 на рисунке):

где v – скорость тела в точке 3. Подставляя полученные выражения в формулу (1), получим

откуда

v² + 4gR – 2gh = 0 (5)

В верхней точке петли на тело действует две силы , по второму закону Ньютона

При уменьшении начальной высоты спуска скорость шарика в верхней точке петли уменьшается и при некотором значении h становится такой, что он пролетает верхнюю точку петли, лишь касаясь желоба. Для этого предельного случая N = 0 и уравнение второго закона примет вид:

mg =	mv²	, т.е. ev² = gR (7)
R

Решая уравнения (5) и (7) получим h = 2,5 R

Ответ: 2,5 R.

Задание 29

Воздух в комнате объемом V = 50 м³ имеет температуру t = 27° C и относительную влажность воздуха φ₁ = 30%. Сколько времени τ должен работать увлажнитель воздуха, распыляющий воду с производительностью μ = 2 кг/ч, чтобы относительная влажность в комнате повысилась до φ₂ = 70%. Давление насыщенных паров воды при t = 27° C равно p_н = 3665 Па. Молярная масса воды 18 г/моль.

Решение

Приступая к решению задач на пары и влажность, всегда полезно иметь в виду следующее: Если задана температура и давление (плотность) насыщающего пара, то его плотность (давление) определяют из уравнения Менделеева-Клапейрона. Записать уравнение Менделеева-Клапейрона и формулу относительной влажности для каждого состояния.

Для первого случая при φ₁ = 30% парциальное давление водяного пара выразим из формулы:

Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона

где T = t + 273 (К), R – универсальная газовая постоянная. Выразим начальную массу пара, содержащегося в комнате используя уравнение (2) и (3):

аналогично при влажности φ₂ масса пара

Время, которое должен работать увлажнитель воздуха, можно рассчитать по формуле

подставим (4) и (5) в (6)

Подставим числовые значения и получим, что увлажнитель должен работать 15,5 мин.

Ответ: 15,5 мин.

Задание 30

Определите ЭДС источника, если при подключении к нему резистора с сопротивлением R напряжение на зажимах источника U₁ = 10 B, а при подключении резистора 5R напряжение U₂ = 20 B.

Решение

Запишем уравнения для двух случаев.

Ɛ = I₁R + I₁r (1)

U₁ = I₁R (2)

где r – внутреннее сопротивление источника, Ɛ – ЭДС источника.

Ɛ = I₂5R + I₂r (3)

U₂ = I₂5R (4)

где U₁ и U₂ – напряжение на зажимах в первом и втором случае.

Учитывая закон Ома для участка цепи, перепишем уравнения (1) и (3) в виде:

Из уравнения (6) выразим внутреннее сопротивление и подставим в (5)

Последняя подстановка для расчета ЭДС. Формулу (7) подставим в (5)

Ɛ =	4U₁U₂	=	4 · 10В · 20В	= 27 В.
5U₁ – U₂	5 · 10 В – 20 В

Ответ: 27 В.

Задание 31

При освещении пластинки изготовленной из некоторого материала, светом с частотой v₁ = 8 · 1014 Гц, а затем v₂ = 6 · 1014 Гц обнаружилось, что максимальная кинетическая энергия электронов изменилась в 3 раза. Определите работу выхода электронов из этого металла.

Решение

Если частота кванта света, вызывающего фотоэффект, уменьшается, то уменьшается и кинетическая энергия. Поэтому кинетическая энергия во втором случае тоже будет меньше в три раза. Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта для двух случаев.

hv₁ = A + E_к (1)

для первой частоты света

для второй частоты света

Решаем уравнения (1) и (2) совместно. Вычтем из (1) (2) и выразим Е_к

Е_к =	3	h(v₁ – v₂) (3) –
2

формула для кинетической энергии.

Из уравнения (1) выразим работу выхода и подставим вместо кинетической энергии выражение (3)

Конечное выражение будет иметь вид:

A = hv₁ –	3	h(v₁ – v₂) = hv₁ –	3	hv₁ +	3	hv₂ =	3	hv₂ –	1	hv₁ =
2	2	2	2	2

=	h	(3v₂ – v₁) =	1	6,6 · 10^–34 Джс (3 · 6 · 10¹⁴ – 8 · 10¹⁴)	1	= 33 · 10^–20 Дж = 2 эВ
2	2	2

Ответ: 2 эВ.

Источник

За это задание ты можешь получить 1 балл. Уровень сложности: базовый.
Средний процент выполнения: 68.8%
Ответом к заданию 8 по физике может быть целое число или конечная десятичная дробь.

Разбор сложных заданий в тг-канале

Задачи для практики

Задача 1

Газ, находящийся в теплоизолированном цилиндре с подвижным поршнем, получает от нагревателя количество теплоты, равное 200 Дж. Поршень при этом, преодолевая сопротивление 800 Н, переместился на 10 см. Насколько изменилась внутренняя энергия газа? В ответе запишите на сколько (Дж).

Решение

Дано:

$Q=200$Дж

$F=800$Н

$∆x=0.1$м

$∆U-?$

Решение:

Запишем I начало термодинамики: $Q=A+∆U$(1), где $A=F·∆x$(2) — работа газа, $∆U$ — изменение внутренней энергии газа. Тогда из (1) с учетом (2) имеем: $∆U=Q-A=Q-F·∆x=200-800·0.1=200-80=120$Дж.

Ответ: 120

Задача 2

В цилиндре под поршнем находится 2 кг воздуха (молярная масса μ = 0,029 кг/моль) при 20◦С под давлением 1 МПа. Чему равна работа при изобарном нагревании воздуха до 100◦С? Ответ выразите в (кДж), округлив до десятых.

Решение

Дано:

$m=2$кг

$μ=0.029$кг/моль

$t_1=20°C$

$t_2=100°C$

$p=10^6$Па

$R=8.31$Дж/моль·К

$A-?$

Решение:

Работа в изобарном процессе определяется выражением: $A=p·∆V$(1), где $p$ — давление, $∆V$ — изменение объема.

Запишем уравнение Менделеева-Клайперона: $p∆V={m}/{μ}R∆T$(2), учитывая, что $∆T=∆t=t_2-t_1=100°C-20°C=80K$ (изменение температуры в °C и в К имеет одинаковое значение).

Подставим (2) в (1), получим: $A=p·∆V={m}/{μ}R∆T={2·8.31·80}/{0.029}=45848.275=45.8$кДж.

Ответ: 45.8

Задача 3

Температуры нагревателя и холодильника у идеального двигателя соответственно равны 427◦C и 27◦C . Какую работу совершает двигатель за один цикл, если он получает от нагревателя в течение цикла количество теплоты равное 7000 Дж? Ответ выразите в (кДж).

Решение

Дано:

$t_н=427°C$

$t_х=27°C$

$Q_н=7000$Дж

$A-?$

Решение:

КПД двигателя определяется выражением: $η={T_н-T_x}/{T_н}={A}/{Q_н}$(1), где $T_н=t_н+273K=427+273=700K; T_x=t_x+273=27+273=300K$, абсолютные температуры нагревателя и холодильника. Из (1) выразим работу двигателя А: $A={(T_н-T_x)·Q_н}/{T_н}={(700-300)·7000}/{700}=4000=4$кДж.

Ответ: 4

Задача 4

Какую работу совершит газ, расширяясь при постоянном давлении 304 кПа от объёма 3 л до объёма 18 л? Ответ выразите в (кДж) и округлите до сотых.

Решение

Дано:

$p=304·10^3$Па

$V_1=3·10^{-3}м^3$

$V_2=18·10^{-3}м^3$

$A-?$

Решение:

Работа газа определяется выражением: $A=p·∆V=p·(V_2-V_1)=304·10^3·(18·10^{-3}-3·10^{-3})=304·10^3·15·10^{-3}=4560=4.56$кДж.

Ответ: 4.56

Задача 5

В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре 100◦С под давлением 40 кПа. Каким станет давление пара в сосуде, если объём пара в нём изотермически уменьшить в 1,5 раза за счёт движения поршня? Ответ выразите в (кПа).

Решение

Дано:

$T_1=100°С$

$P_1=40$кПа

$T=const$

$V_2={V_1}/{1.5}$

$P_2-?$

Решение:

По закону Менделеева-Клайперона $P_1·V_1=P_2·V_2⇒P_2={P_1·V_1}/{V_2}=40·1.5=60$кПа.

Ответ: 60

Задача 6

Тепловая машина имеет КПД 25%. Найдите среднюю мощность передачи теплоты холодильнику, если рабочее тело машины за 10 с получает от нагревателя 30 кДж теплоты. Ответ выразите в (кВт).

Решение

Дано:

$η=0.25$

$t=10c$

$Q_н=30$кДж

$P_x-?$

Решение:

$P_н={Q_н}/{t}={30}/{10}=3$кВт.

$η={P_н-P_x}/{P_н}·100$.

$P_x=P_н-η·P_н=3-0.75=2.25$кВт.

Ответ: 2.25

Задача 7

КПД идеального двигателя внутреннего сгорания равен 60%. Определите температуру в камере сгорания двигателя, если температура струи, выходящей из его сопла, составляет 727◦С. Ответ выразить в (K).

Решение

Дано:

$η=0.6$

$T_{вых}=727+273=1000К$

$T_н-?$

Решение:

$η={T_н-T_x}/{T_н}$ для тепловой машины определяем $T_н$.

$0.6={T_н-1000}/{T_н}; T_н={1000}/{0.4}=2500K$.

Ответ: 2500

Задача 8

У работающего по циклу Карно теплового двигателя температура нагревателя 400 К, а температура холодильника 150 К. Найдите коэффициент полезного действия этого двигателя. Ответ выразите в (%).

Решение

Дано:

$T_н=400K$

$η-?$

$T_x=150K$

Решение:

Для цикла Карно справедливо уравнение $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%={400-150}/{400}·100%=62.5%$

Ответ: 62.5

Задача 9

Температура нагревателя идеального теплового дивгателя 177◦С. Определите температуру холодильника, если известно, что коэффициент полезного действия этого двигателя равен 45%. Ответ выразите в (К).

Решение

Дано:

$T_н=177°C$

$η=45%$

$T_x-?$

Решение:

Из теории о теплообмене $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%$

Обязательно переводим температуру в К: $T_н=177+273=450K$

$0.45={450-T_x}/{450}⇒T_x=247.5K$

Ответ: 247.5

Задача 10

На рисунке показана зависимость давления идеального газа от его объёма при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Найдите, чему равно отношение работ газа ${A_{12}}/{A_{23}}$.

Решение

Дано:

${A_{12}}/{A_{23}}-?$

Решение:

Воспользуемся соотношением площадей под графиком ${S_{12}}/{S_{23}}={14}/{8}=1.75$.

Ответ: 1.75

Задача 11

Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы отдаёт холодильнику 100 Дж теплоты. Какое количество теплоты за цикл получает машина от нагревателя? Ответ выразите в (Дж).

Решение

Дано:

$η=60%$

$Q_x=100$Дж

$Q_н-?$

Решение:

1) Из теории о тепловых машинах $η={Q_н-Q_x}/{Q_н}·100%$.

$100=Q_н·0.4$

$0.6=1-{100}/{Q_н}$

$Q_н=250$Дж

Ответ: 250

Задача 12

Идеальный газ совершил работу 100 Дж и отдал при этом количество теплоты 300 Дж. Как изменилась при этом внутренняя энергия? В ответе запишите на сколько уменьшилась (Дж).

Решение

Дано:

$A=100$Дж

$Q=-300$Дж

Решение:

По первому началу термодинамики $Q=∆U+A$. Следовательно $∆U=Q-A=(-300)-100=-400$Дж. Знак минус говорит о том, что внутренняя энергия уменьшилась на 400 Дж

Ответ: 400

Задача 13

Рабочее тело идеальной тепловой машины за один цикл получает от нагревателя теплоту 1000 Дж. Температура нагревателя 500 К, температура холодильника 200 К. Какую работу совершает рабочее тело за один цикл? Ответ выразите в (Дж).

Решение

Дано:

$Q_н=1000$Дж

$T_н=500$К

$T_x=200$К

Решение:

$A=Q_н-Q_x$

$η={T_н-T_x}/{T_н}={Q_н-Q_x}/{Q_н}$ по формуле из основы теплообмена.

$A={(T_н-T_x)Q_н}/{T_н}={300·1000}/{500}=600$Дж.

Ответ: 600

Задача 14

Вычислите работу идеального газа при совершении им кругового процесса, изображённого на рисунке. Ответ выразите в (Дж).

Решение

Дано:

$А-?$

Решение:

Из графика очевидно: $A=A_{12}+A_{23}+A_{31}$

$A_{23}=0$, т.к. нет изменения $V$.

$A_{12}=p∆V=5·10^5·2·10^{-3}=10^3$

$A_{31}={1}/{2}(2·10^5+5·10^5)·2·10^{-3}=-7·10^2$

$A=A_{12}-A_{31}=1000-700=300$Дж.

Ответ: 300

Задача 15

В некотором процессе газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 10 кДж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 30 кДж. Определите работу, которую совершили внешние силы, сжав газ. Ответ выразить в (кДж).

Решение

Дано:

$Q=10$кДж

$∆U=30$кДж

$A-?$

Решение:

Первое начало термодинамики говорит о том, что количество $Q$ сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии и на совершении работы над внешними телами $Q=∆U+A$

$A=Q-∆U=(-10)-30=-40$кДж.

Тогда работа внешних сил равна:$A’=-A=40$кДж

Ответ: 40

Задача 16

Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 27,6 МДж, и израсходовал при этом 3 л бензина. Вычислите КПД двигателя. Удельная теплота сгорания бензина равна 44 МДж/кг. Плотность бензина равна 700 кг/м³. Ответ округлите до целого. Ответ выразите в (%).

Решение

Дано:

$A_n=27.6$МДж

$m_б=ρ_б·v_б$

$v_б=3$л

$r=44$МДж/кг

$ρ_б=700$кг/м$^3$

$η-?$

Решение:

$η={A_п}/{A_з}$ — полезная и затраченная работа.

$A_з=Q$(сгорание бензина)$=r·m_б=r·ρ_б·v_б$.

$η={27.6·10^6}/{44·10^6·700·3·10^{-3}}·100%=30%$

Ответ: 30

Задача 17

В цилиндре под поршнем находится гелий (одноатомный газ). Газ расширился при постоянном давлении, совершив работу 3 кДж. Какое количество теплоты сообщили газу? Ответ выразите в (кДж).

Решение

Дано:

$A=3·10^3$Дж

$i=3$

$Q-?$

Решение:

Запишем I начало термодинамики для изобарного процесса (p=const): $Q=A+∆U$(1), где $A=p∆V$(2), $∆U={i}/{2}vR∆T$(3) — изменения внутренней энергии гелия. Исходя из уравнения Менделеева-Клайперона: $p∆V=vR∆T$(4), $∆U={i}/{2}p∆V={i}/{2}A$(5). Подставим (5) в (1): $Q=A+{i}/{2}A=A(1+{i}/{2})=A(1+{3}/{2})=5/2A$(6). Подставим числовые значения в (6): $Q=5/2·3·10^3=7.5кДж$

Ответ: 7.5

Задача 18

Работа газа в круговом процессе равна 900 кДж. Рассчитайте значение объёма V₀, если давление p₀ = 10⁵ Па. Ответ выразите в (м³).

Решение

Дано:

$p_0=10^5$Па

$A=9·10^5$Дж

$V_0-?$

Решение:

Работа газа в термодинамике численно равна площади фигуры кругового процесса. Найдем эту площадь: $A={(p_2-p_1)·(V_3-V_1)}/{2}$(1)

Подставим: $p_2=4p_0; p_1=p_0; V_3=4V_0; V_1=V_0$

$A={(4p_0-p_0)·(4V_0-V_0)}/{2}$

$2A=3p_0·3V_0$

$2A=9p_0V_0$

$V_0={2A}/{9p_0}$(2)

Подставим числовые значения в (2): $V_0={2·9·10^5}/{9·10^5}=2м^3$

Ответ: 2

Задача 19

Рассчитайте работу газа при переходе из состояния 1 в состояние 2, если давление p₀ = 10⁵ Па, а объём V₀ = 1 м³. Ответ выразите в (кДж).

Решение

Дано:

$p_0=10^5$Па

$V_0=1м^3$

$p_1=p_0$

$V_1=V_0$

$p_2=3p_0$

$V_2=5V_0$

$A_{12}-?$

Решение:

Поскольку работа газа в термодинамике численно равна площади под графиком:

Тогда имеем: $A_{12}=A_1+A_2={(3p_0-p_0)·(5V_0-V_0)}/{2}+(p_0-0)·(5V_0-V_0)={2p_0·4V_0}/{2}+p_0·4V_0=4p_0V_0+4p_0V_0=8p_0V_0$(1)

Подставим числовые значения в (1): $A_{12}=8·10^5·1=8·10^5=800$кДж.

Можно было сразу вычислить площадь трапеции, ответ получился бы точно такой же. Делайте, как вам удобнее)

Ответ: 800

Задача 20

Температура нагревателя идеальной тепловой машины в два раза больше температуры холодильника. Чему равен КПД цикла? Ответ выразите в (%).

Решение

Дано:

$T_н=2T$

$T_x=T$

$η-$

Решение:

КПД цикла определяется по формуле: $η={T_н-T_x}/{T_н}·100%$(1), $T_н$ — температура нагревателя, $T_x$ — температура холодильника.

$η={2T-T}/{2T}·100%={T·100%}/{2T}=50%$

Ответ: 50

Теория

Как решать задание ЕГЭ

Задания

Задание на понимание формулы длины электромагнитной волны

Сложность:
среднее

Задание на понимание формулы основного уравнения МКТ

Сложность:
среднее

Задание на понимание закона Джоуля-Ленца

Сложность:
среднее

Экзаменационные задания (подписка)

1.	Как на ЕГЭ (1). Все разделы физики. Установление соответствия между графиками и текстом Сложность: среднее	2
2.	Как на ЕГЭ (2). Все разделы физики. Установление соответствия между графиками и текстом Сложность: среднее	2
3.	Как на ЕГЭ (3). Все разделы физики. Установление соответствия между графиками и текстом Сложность: среднее	2
4.	Как на ЕГЭ (4). Все разделы физики. Установление соответствия между графиками и текстом Сложность: среднее	2

Тесты

Тренировка по теме Все разделы физики. Установление соответствия между графиками и текстом

Сложность: среднее

Материалы для учителей

Методическое описание

Источник

Изопроцессы в МКТ — это процессы, протекающие в газах с каким-нибудь неизменным параметром. Рассмотрим, как решаются некоторые задачи, представленные в графиках, при наличии неизменных параметров.

Задача 1: Постоянная масса идеального газа участвует в процессе, указанном на рисунке. Где давление газа будет наибольшим?

Приступаем. Фраза «постоянная масса газа» означает, что мы имеем задачу с изопроцессом. Смотрим.

1-2: Температура не меняется (изотерма), но при этом увеличивается объем. В изотермическом процессе увеличение объема ведет к уменьшению давления и наоборот. Давление обратно пропорционально объему. Следовательно, в точке 2 давление ниже, чем в точке.

2-3: Не меняется объем (изохора), но при этом температура уменьшается. А в изохорном процессе давление прямо пропорционально температуре. То есть, в нашем случае — уменьшается.Давление в точке 3 будет меньше, чем в точке 2.

Ответ: Наибольшее давление будет в точке 1.

Задача 2: Зависимость объема идеального газа от температуры показана на V-P диаграмме. Масса газа постоянна. Выберите два верных утверждения о процессе, происходящем с газом:

Давление газа максимально в состоянии D.
При переходе из состояния D в состояние А средняя квадратичная скорость молекул увеличивается.
При переходе из состояния В в состояние С плотность газа возрастает.
Давление газа в состоянии С больше, чем в состоянии А
При переходе из состояния В в состояние С средняя кинетическая энергия молекул возрастает

Процесс, изображенный на диаграмме (окружность), конечно же не является изопроцессом в чистом виде. Но у нас есть газ постоянной массы, а следовательно, мы можем воспользоваться графиками изобар для сравнения давления в заданных точках диаграммы. Температуру и объем можно сравнить на диаграмме по осям. Изобары здесь уже нарисованы. Это красная, синяя и коричневая прямые, то есть в этих осях на каждой изохоре какое-то свое, но постоянное даление. Для сравнения давления в точках можно провести изотерму или изохору. Я провела изохору. Смотрим. При постоянном объеме температура газа увеличивается от точки 1 до точки 3. Соответственно наибольшее давление на коричневой изобаре, а наименьшее — на красной. В точках А и С давление одинаковое, т.к. они лежат на изобаре.

Максимальное давление соответствует точке D. Первое утверждение верно.

При рассмотрении уравнения состояния идеального газа было определено, что давление прямо пропорционально температуре и средней квадратичной скорости движения молекул

р ∼ Т ∼ v²

Максимальная скорость соответствует максимальному давлению, значит в точке А она , скорость, меньше, чем в точке В. Второе утверждение неверно

Теперь плотность. Плотность — это масса единицы объема. Масса у нас постоянная, а объем в точке С больше, чем в точке В. Значит, плотность будет меньше. Третье утверждение неверно.

В точках А и С давление одинаковое, т.к. они лежат на изобаре. Четвертое утверждение неверное.

При переходе из В в С давление увеличивается, следовательно, увеличивается средняя квадратичная скорость, а значит, увеличивается средняя кинетическая энергия. Пятое утверждение верное.

Ответ: 1 и 5

Задача 3: В сосуде находится идеальный газ, массу которого изменяют. На диаграмме показан процесс изохорного изменения состояния газа. В какой точке диаграммы масса газа наибольшая?