Задание 20 ЕГЭ по физике

Задание проверяет умение выбрать оборудование для определения жёсткости пружины. При равновесии подвешенного груза kΔl = mg, поэтому k = mg/Δl.

Предмет 3 подходит: груз известной массы позволяет определить силу растяжения mg. Предмет 4 подходит: линейкой измеряют длину пружины до и после подвешивания груза и находят удлинение Δl в метрах. Жёсткость получают в Н/м.

Предметы 1 и 2 не нужны: измерять объём жидкости в этом опыте не требуется. Предмет 5 не подходит: резиновый жгут не позволяет измерить силу или удлинение исследуемой пружины.

Ответ: 34.

Задание проверяет умение спланировать опыт по исследованию зависимости сопротивления проводника от длины. По формуле R = ρl/S необходимо изменять длину, сохраняя материал, площадь поперечного сечения и температуру.

Проводники 2 и 5 подходят: оба алюминиевые, имеют диаметр 1,0 мм, а их длины равны 100 см и 200 см. При одинаковой температуре сопротивление проводника 5 будет вдвое больше сопротивления проводника 2.

Проводник 1 отличается от них диаметром. Проводники 3 и 4 изготовлены из меди, но различаются и длиной, и диаметром, поэтому эта пара не позволяет выделить влияние длины.

Ответ: 25.

Задание проверяет выбор оборудования для определения жёсткости жгута с помощью подвешенного груза.

При равновесии цилиндра сила упругости равна mg, поэтому в области выполнения закона Гука k = mg/Δl.

Позиция 4 верна: линейкой измеряют удлинение жгута Δl = l − l₀ в метрах.

Позиция 5 верна: рычажными весами с разновесом измеряют массу цилиндра m в килограммах; при g ≈ 9,8 Н/кг жёсткость получают в Н/м.

Позиции 1, 2 и 3 неверны: мензурка, стакан с водой и пружина с неизвестной жёсткостью не обеспечивают измерения массы и удлинения.

Ответ: 45.

Задание проверяет выбор оборудования для определения жёсткости резинового жгута.

В области выполнения закона Гука F = kΔl, поэтому k = F/Δl: нужно измерить силу растяжения и удлинение.

Позиция 2 верна: линейкой измеряют начальную и растянутую длины жгута и находят Δl = l − l₀ в метрах.

Позиция 5 верна: динамометром измеряют силу растяжения F в ньютонах; жёсткость получают в Н/м.

Позиции 1, 3 и 4 неверны: мензурка, секундомер и стакан с водой не позволяют выполнить эти измерения.

Ответ: 25.

Задание проверяет умение подбирать оборудование для измерения плотности вещества. Плотность вычисляют по формуле ρ = m/V, поэтому необходим медный шарик — предмет 5. Динамометром измеряют силу тяжести F, действующую на шарик в воздухе, и определяют массу: m = F/g. Воду из стакана — предмета 4 — наливают в мензурку и находят объём полностью погружённого шарика: V = V₂ − V₁. Алюминиевый шарик не подходит для определения плотности меди, а термометр и секундомер для этих измерений не нужны. Ответ: 45.

Задание проверяет планирование опыта по изучению зависимости давления газа от объёма. Из pV = (m/M)RT следует, что нужно сохранить одинаковыми газ, его массу и температуру, изменяя объём. Подходят сосуды 1 и 4: в них неон при температуре 300 К, массы одинаковы, а объёмы равны 8 л и 12 л. При таких условиях p₁/p₄ = V₄/V₁ = 12/8 = 1,5; остальные сосуды не образуют пары с одинаковыми газом и температурой.

Ответ: 14.

Задание проверяет умение выбрать схемы для исследования зависимости заряда конденсатора от ЭДС источника.

После установления постоянного напряжения q = CU, причём U = ℰR/(R + r), поскольку резистор подключён параллельно конденсатору.

Верны схемы 1 и 4: ёмкость C и сопротивления R и r одинаковы, а ЭДС изменяется от ℰ до 2ℰ, поэтому заряд увеличивается вдвое.

Схемы 2, 3 и 5 не подходят для сравнения со схемой 1: в них дополнительно изменяются сопротивления, влияющие на напряжение конденсатора.

Ответ: 14.

Задание проверяет умение выбирать условия опыта для изучения зависимости давления газа от молярной массы. По уравнению состояния идеального газа p = mRT/(MV), поэтому необходимо сохранить одинаковыми массу, температуру и объём газа. Подходят сосуды 1 и 5: в обоих объём 4 л и температура 300 К, массы одинаковы по условию, а газы разные — гелий и неон. Остальные сосуды не образуют пары с одинаковыми объёмом и температурой.

Ответ: 15.

Задание проверяет умение выбрать колебательные контуры для исследования влияния электроёмкости на частоту. По формуле Томсона частота свободных колебаний ν = 1/(2π√(LC)).

Контуры 2 и 4 подходят: индуктивность одинакова и равна 10 мГн, максимальное напряжение одинаково и равно 6 В, а ёмкости различаются — 2 мкФ и 1 мкФ. При увеличении ёмкости вдвое частота уменьшается в √2 раза.

Контур 1 не имеет пары с такой же индуктивностью. У контуров 3 и 5 одинаковая индуктивность, но одновременно с ёмкостью различается максимальное напряжение, поэтому для опыта с изменением одного параметра выбирают пару 2 и 4.

Ответ: 24.

Задание проверяет умение выбрать условия опыта для исследования зависимости объёма газа от температуры.

Для постоянной массы одного и того же газа при постоянном давлении V/T = const, где T — абсолютная температура в кельвинах.

Подходят сосуды 2 и 5: давление одинаково и равно 200 кПа, масса газа в каждом — 15 г, а температуры различаются: 50 °C и 20 °C.

Другие пары не позволяют изменить температуру при одновременном сохранении давления и массы газа.

Ответ: 25.

Задание проверяет выбор оборудования для измерения плотности вещества.

Плотность определяют по формуле ρ = m/V, поэтому необходимо измерить массу и объём шарика.

Позиция 1 верна: электронные весы позволяют измерить массу m.

Позиция 2 верна: мензурка позволяет определить объём шарика по увеличению объёма воды при его полном погружении, V = V₂ − V₁.

Позиции 3, 4 и 5 неверны: секундомер, термометр и пружина без известной жёсткости не обеспечивают необходимых измерений.

Ответ: 12.

Задание проверяет умение выбрать конденсаторы для исследования зависимости электроёмкости от площади пластин.

Электроёмкость плоского конденсатора C = ε₀εS/d, поэтому следует изменять S при неизменных ε и d.

Конденсаторы 1 и 3 подходят: у них одинаковые диэлектрическая проницаемость ε₁ и расстояние d₁, но разные площади S₁ и S₂.

Варианты 2, 4 и 5 не образуют другой пары, в которой различается только площадь пластин.

Ответ: 13.

Задание проверяет умение выбирать условия для исследования зависимости объёма газа от его массы. По уравнению состояния идеального газа V = mRT/(Mp), поэтому для одного газа нужно сохранять одинаковыми температуру и давление, изменяя массу. Подходят сосуды 3 и 5: в обоих давление 250 кПа и температура 90 °С, а массы равны 8 г и 5 г. Остальные сосуды не образуют пары с одинаковыми давлением и температурой. Ответ: 35.

Задание проверяет умение выбрать контуры для исследования зависимости периода колебаний от индуктивности. По формуле Томсона T = 2π√(LC), поэтому следует менять L при одинаковой ёмкости C. Контуры 1 и 2 подходят: их индуктивности равны 2L и L, а ёмкости одинаковы и равны C. В контурах 3, 4 и 5 ёмкости равны соответственно 2C, 3C и C/2, поэтому они не образуют другую пару с одинаковой ёмкостью. Ответ: 12.

Задание проверяет выбор маятников для исследования зависимости частоты от объёма груза.

Нужно изменить объём, сохранив одинаковыми массу груза и жёсткость пружины.

Подходят маятники 2 и 5: у обоих k = 60 Н/м и m = 200 г, а объёмы равны 60 см³ и 80 см³.

По формуле ν = (1/(2π))√(k/m) их частоты одинаковы: в модели пружинного маятника объём не влияет на частоту при неизменных массе и жёсткости.

Маятник 3 отличается от них массой, а маятники 1 и 4 — жёсткостью, поэтому они не подходят для такого сравнения.

Ответ: 25.

Задание проверяет выбор установок для исследования зависимости силы Архимеда от плотности жидкости.

По закону Архимеда Fₐ = ρgV, поэтому нужно сравнить жидкости разной плотности при одинаковом объёме погружённой части тела.

Установки 1 и 5 подходят: в них одинаковые медные шары полностью погружены соответственно в воду и керосин.

Установка 2 содержит шар большего объёма, поэтому сравнение с меньшим шаром изменило бы сразу два параметра.

Установки 3 и 4 содержат тела из других материалов, поэтому их сравнение потребовало бы отдельно учитывать вес каждого тела; выбранная пара позволяет использовать один и тот же шар и непосредственно сравнить показания динамометра.

Ответ: 15.

Задание проверяет умение планировать исследование зависимости периода электромагнитных колебаний от электроёмкости. По формуле Томсона T = 2π√(LC), поэтому ёмкость изменяют, сохраняя индуктивность катушки. Выбираем контуры 2 и 5: у обоих L = 6 мГн и максимальное напряжение 8 В, а ёмкости равны 5 мкФ и 12 мкФ. Контуры 1 и 4 также имеют одинаковую индуктивность, но различаются и ёмкостью, и максимальным напряжением, поэтому для опыта с изменением только одного параметра выбирают пару 2 и 5. Ответ: 25.

Задание проверяет умение выбрать цепи для исследования зависимости силы тока от внутреннего сопротивления источника.

По закону Ома для полной цепи I = ε/(R + r).

Нужно изменять внутреннее сопротивление r, сохраняя ЭДС ε и внешнее сопротивление R одинаковыми.

Подходят цепи 1 и 4: ε = 12 В, R = 30 Ом, а внутренние сопротивления равны 2 Ом и 5 Ом.

Силы тока составят I₁ = 12/32 = 0,375 А и I₄ = 12/35 ≈ 0,343 А: при увеличении внутреннего сопротивления ток уменьшается.

Ответ: 14.

Задание проверяет умение выбирать электрические схемы для исследования влияния внутреннего сопротивления аккумулятора на заряд конденсатора. Нужно изменять только внутреннее сопротивление r, сохраняя ЭДС аккумулятора, сопротивление резистора, ёмкость и соединение элементов. Этому условию соответствуют схемы 2 и 3: остальные параметры одинаковы, а внутренние сопротивления равны 2r и r. Заряд определяется формулой q = CU, поэтому изменение напряжения на конденсаторе при изменении внутреннего сопротивления приводит к изменению заряда.

Ответ: 23.

Задание проверяет планирование опыта по исследованию зависимости давления газа от его массы. Для сравнения нужны одинаковые объёмы и температуры, но разные массы одного и того же газа. Из уравнения pV = (m/M)RT следует: при постоянных V, T и молярной массе M давление прямо пропорционально массе m. Подходят сосуды 1 и 3: объём каждого равен 6 л, температура — 320 К, а массы аргона составляют 10 г и 8 г. Ответ: 13.