Задание 20 ЕГЭ по физике

Задание проверяет выбор установок для исследования зависимости силы Архимеда от объёма тела.

Для полностью погружённого шарика F = ρgV, где ρ — плотность жидкости, а V — объём шарика.

Верны установки 3 и 5: жидкость одна и та же — керосин, массы шариков одинаковы — 267 г, а объёмы различаются: 20 см³ и 30 см³.

Установки 1 и 2 не образуют требуемую пару: вместе с объёмом изменяется масса шарика; установка 4 также не имеет пары с той же жидкостью.

Ответ: 35.

Задание проверяет умение планировать опыт по изучению электроёмкости конденсатора. По формуле C = εε₀S/d для исследования зависимости от расстояния d нужно сохранить площадь пластин S и диэлектрическую проницаемость ε. Подходят конденсаторы 3 и 5: у обоих площадь S₂ и проницаемость ε₂, а расстояния различаются — d₁ и d₂. Любая другая пара отличается также площадью пластин или диэлектрической проницаемостью, поэтому не позволяет выделить влияние расстояния.

Ответ: 35.

Задание проверяет умение выбрать условия опыта для исследования зависимости давления газа от объёма. По уравнению pV = (m/M)RT при постоянных массе, составе и температуре газа произведение pV постоянно.

Сосуды 1 и 2 подходят: в обоих находится гелий одинаковой массы при температуре 290 К, а объёмы различаются — 5 л и 3 л. Поэтому различие давлений можно связать с различием объёмов.

Сосуды 3 и 4 содержат азот, но имеют одинаковые объёмы и разные температуры. Сосуд 5 не образует подходящей пары: среди остальных нет сосуда с гелием при температуре 320 К.

Ответ: 12.

Задание проверяет выбор оборудования для измерения плотности жидкости по закону Архимеда.

Нужны мензурка (2) и стальной цилиндр с крючком (3): объём цилиндра V определяют по увеличению объёма в мензурке при полном погружении.

Динамометром измеряют силы натяжения при равновесии цилиндра в воздухе F₁ и в бензине F₂; при погружении цилиндр не должен касаться стенок и дна.

Пренебрегая выталкивающей силой воздуха, получают F₁ − F₂ = ρgV, откуда ρ = (F₁ − F₂)/(gV); при силах в Н, объёме в м³ и g в м/с² плотность получается в кг/м³.

Калориметр (1), термометр (4) и пружина (5) для этих измерений не нужны.

Ответ: 23.

Задание проверяет умение планировать опыт для проверки влияния массы на период колебаний. Нужно взять маятники одинаковой длины с шариками разной массы и сравнить периоды при одинаковых малых начальных отклонениях. Подходят маятники 3 и 5: длина каждого 1,0 м, объём каждого шарика 5 см³, но материалы различаются. По формуле m = ρV стальной и алюминиевый шарики одинакового объёма имеют разные массы, поскольку плотности материалов различны. Маятники 1, 2 и 4 имеют другие длины, а по формуле T = 2π√(l/g) изменение длины влияет на период и мешает такому сравнению. Ответ: 35.

Задание проверяет выбор приборов для измерения мощности тока в резисторе.

Мощность рассчитывают по формуле P = UI: напряжение измеряют в вольтах, силу тока — в амперах, мощность получают в ваттах.

Верны пункты 3 и 5: вольтметр подключают параллельно резистору, а амперметр — последовательно с ним.

Пункты 1, 2 и 4 неверны: конденсатор, лампочка и катушка индуктивности не измеряют необходимые напряжение и силу тока.

Ответ: 35.

Задание проверяет умение выбирать проводники для исследования зависимости сопротивления от длины. По формуле R = ρl/S необходимо менять длину l, сохраняя материал, площадь поперечного сечения и температуру. Подходят проводники 1 и 5: оба изготовлены из никелина и имеют диаметр 1,2 мм, но их длины различаются — 250 см и 200 см. Проводники 2 и 4 имеют одинаковую длину и разные материалы, а остальные пары отличаются материалом или диаметром.

Ответ: 15.

Задание проверяет выбор маятников для исследования зависимости периода от массы груза.

Период пружинного маятника T = 2π√(m/k), поэтому массу изменяют при одинаковой жёсткости пружин.

У маятников 1 и 3 одинаковы жёсткость k = 40 Н/м и объём V = 30 см³, но различаются материалы грузов.

Масса сплошного груза m = ρV: при одинаковом объёме медный груз тяжелее алюминиевого, поскольку плотность меди больше.

Пара 1 и 3 позволяет изменить массу, сохранив одинаковыми жёсткость и объём; у пары 4 и 5 различаются и масса, и объём.

Ответ: 13.

Задание проверяет выбор установок для исследования зависимости силы Архимеда от объёма полностью погружённого тела.

Сила Архимеда определяется формулой F = ρgV, где ρ — плотность жидкости, V — объём погружённого тела.

Для опыта выбирают одинаковую жидкость и шарики из одного материала, но разного объёма.

Подходят установки 2 и 5: в обеих используется вода и деревянные шарики, объёмы которых равны 20 см³ и 30 см³.

Установки 1 и 3 различаются также материалом шариков, а для установки 4 нет пары с той же жидкостью и другим объёмом шарика.

Ответ: 25.

Задание проверяет умение планировать опыт по исследованию зависимости периода маятника от массы груза.

В таблице ошибочно указаны единицы объёма см²: следует читать см³.

Для малых колебаний T = 2π√(l/g), где l — расстояние от точки подвеса до центра масс груза; массу изменяют, сохраняя эту длину и одинаковую малую начальную амплитуду.

Маятники 2 и 4 подходят: длины нитей одинаковы — 100 см, объёмы грузов одинаковы — 60 см³, а массы различаются, поскольку m = ρV и плотности алюминия и меди различны; предполагаются одинаковые форма и размеры грузов.

Маятники 1 и 5 имеют одинаковые длины нитей, но разные объёмы грузов, поэтому не обеспечивают сохранения размеров груза; у маятника 3 нет пары с такой же длиной нити.

При указанных условиях период не зависит от массы груза, что и проверяют сравнением результатов измерений.

Ответ: 24.

Задание проверяет умение выбрать условия опыта для исследования зависимости объёма газа от давления. Для одной и той же массы газа при постоянной температуре действует закон Бойля — Мариотта: pV = const.

Сосуды 3 и 5 подходят: температура газа в обоих равна 60 °С, масса — 5 г, а давления различаются — 80 кПа и 100 кПа. Следовательно, V₅/V₃ = p₃/p₅ = 80/100 = 0,8.

Сосуды 1 и 4 имеют одинаковую температуру, но разные массы газа, поэтому не подходят для сравнения. Сосуд 2 не имеет пары с такими же температурой и массой газа.

Ответ: 35.

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

Электроёмкость плоского конденсатора C = ε₀εS/d, поэтому изменять нужно площадь S, сохраняя расстояние d и диэлектрик одинаковыми.

Подходят конденсаторы 2 и 5: у обоих d = 0,4 мм, диэлектрик — парафин, а площади различаются: 30 см² и 10 см².

Площадь у конденсатора 2 втрое больше, поэтому его электроёмкость также втрое больше.

Ответ: 25.

Задание проверяет умение выбирать условия для исследования зависимости объёма газа от температуры. Из уравнения pV = (m/M)RT следует, что для этого сравнения нужно сохранять постоянными давление и массу одного и того же газа. Подходят сосуды 2 и 5: в обоих давление 100 кПа и масса газа 10 г. Температуры различаются — 80 °C и 120 °C, поэтому можно обнаружить изменение объёма при изменении температуры. Сосуды 1 и 4 имеют одинаковую температуру и разные массы, а сосуд 3 отличается от сосудов 2 и 5 давлением, поэтому эти сравнения не подходят. Ответ: 25.

Задание проверяет умение выбрать условия для исследования зависимости объёма газа от его молярной массы. Из уравнения pV = (m/M)RT получаем V = mRT/(Mp). При одинаковых массах газов необходимо сохранить одинаковыми давление и температуру, выбрав газы с различными молярными массами. Сосуды 1 и 3 подходят: давление в обоих равно 100 кПа, температура равна 280 К, а кислород и азот имеют разные молярные массы. Остальные сосуды не образуют пары с одинаковыми давлением и температурой. Ответ: 13.

Задание проверяет выбор маятников для исследования зависимости частоты колебаний от массы груза.

Частота пружинного маятника ν = (1/(2π))√(k/m), поэтому массу изменяют при одинаковой жёсткости пружин.

У маятников 2 и 4 одинаковы k = 60 Н/м и V = 8 см³, а массы различны: 65 г и 80 г.

Маятник 4 будет колебаться с меньшей частотой, поскольку его масса больше.

Пара 1 и 5 не подходит: массы одинаковы; у остальных пар с разными массами различается также жёсткость пружин.

Ответ: 24.