РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ (ЧАСТЬ «С» ЕГЭ)

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ
(ЧАСТЬ «С» ЕГЭ)
Учитель физики высшей категории МОУ «Лицей
информационно-вычислительных технологий МЕГАТЕХ»
Полевщикова Валентина Васильевна
С1.Около небольшой металлической пластины, укреплённой на
изолирующей подставке, подвесили на шёлковой нити лёгкую
металлическую незаряженную гильзу. Когда пластину подсоединили
к клеммам высоковольтного выпрямителя, подав на неё положительный
заряд , гильза пришла в движение. Опишите движение гильзы и объясните его.
+
РЕШЕНИЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПЛАСТИНЫ ИЗМЕНИТСЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ГИЛЬЗЕ И ПРОИЗОЙДЁТ ЕЁ ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ:
ТА ЕЁ СТОРОНА, КОТОРАЯ БЛИЖЕ К ПЛАТИНЕ, БУДЕТ ИМЕТЬ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ
ЗАРЯД, А ПРОТИВОПОЛОЖНАЯ СТОРОНА – ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ. ПОСКОЛЬКУ
СИЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ УМЕНЬШАЕТСЯ С РОСТОМ
РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ, ПРИТЯЖЕНИЕ К ПЛАСТИНЕ ЛЕВОЙ СТОРОНЫ
ГИЛЬЗЫ БУДЕТ БОЛЬШЕ ОТТАЛКИВАНИЯ ПРАВОЙ СТОРОНЫ ГИЛЬЗЫ, И ГИЛЬЗА
БУДЕТ ДВИГАТЬСЯ К ПЛАСТИНЕ, ПОКА НЕ КОСНЁТСЯ ЕЁ.. В МОМЕНТ КАСАНИЯ
ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОНОВ ПЕРЕЙДЁТ НА ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННУЮ ПЛАСТИНУ,
ГИЛЬЗА ПРИОБРЕТЁТ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД И ОТТОЛКНЁТСЯ ОТ
ОДНОИМЁННО ЗАРЯЖЕННОЙ ПЛАСТИНЫ. ГИЛЬЗА ОТКЛОНИТСЯ ВПРАВО И
ЗАВИСНЕТ В ПОЛОЖЕНИИ, КОГДА РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ ВСЕХ СИЛ РАВНА
НУЛЮ.
С2.Два шарика, массы которых отличаются в 3 раза, висят, соприкасаясь.
на вертикальных нитях. Лёгкий шарик отклоняют на угол 900,
отпускают без начальной скорости, и он абсолютно упруго сталкивается
с тяжёлым шариком. Какую часть кинетической энергии лёгкого шарика
перед ударом составит его кинетическая энергия тотчас после удара?
m
M
РЕШЕНИЕ
2
2
Закон сохранения энергии при ударе m  v  M  u  m  v
2
2
2
Закон сохранения импульса в проекции на ОХ
Решаем систему уравнений:
m  (v 2  v2 )  M  u 2
m  v  v  M  u
m  (v  v)  v  v  M  u 2
m  v  v  M  u
2
m  v  M  u  m  v

v

v

u
Х
m  v  v  v  v M  u 2

m  v  v
M u
u  v  v
Подставим это значение в закон сохранения импульса. Получим
m  v  v  M  v  v
Раскроем скобки m  v  m  v  M  v  M  v
m  v  m  v  3  m  v  3  m  v
Упростив, получаем  v  2v
Согласно условию М=3m. Заменим и получим
Знак «-» означает, что после столкновения шар массой m будет двигаться
в противоположную сторону. Теперь найдём отношение энергий
w m  v2
2
v2
v2
1




  0,75
2
2
2
w
2
mv
v
4v
4
w
Ответ: w  0,75
С3. Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает циклический
процесс, показанный на рисунке. Газ отдаёт за цикл холодильнику
2 р0
количество теплоты Qx  8кДж. Чему равна работа газа за цикл?
р
р
1
2
3
0
V0
РЕШЕНИЕ
p  2V
Работа газа за цикл равна численно площади фигуры Aц  0 0  p0 V0
3V0
V
2
За цикл холодильнику отдаётся количество теплоты на участке ( 2-3), которое можно найти
по 1 закону термодинамики Qx  U  A23
Согласно определению найдём
U 
3
  R  (T2  T3 )
2
Работа имеет геометрический смысл и численно равна площади трапеции
 
A23
p0  2 p0
 2V0  3  p 0 V0
2
3
Тогда Qx  2  (  R T 2  R  T3 )  3  p0 V0
Согласно уравнению Менделеева - Клапейрона имеем
3
2
Тогда Qx  (2  p0  3 V0  p0 V0 )  3  p0 V0 
21
p0  V0
2
Объединяя формулы (1) и (2) получаем, что Aц 
  R  T2  2 p0  3V0
  R  T3  p0 V0
(2)
2
Q x  760 Дж.
21
Ответ: Aц  760 Дж.
(1)
С4.Цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источника тока ε=6В. Максимальная
Рmax
мощность тока, выделяемая в реостате, достигается при промежуточном значении его
сопротивления и равна 4,5Вт. Чему равно внутреннее сопротивление источника?
РЕШЕНИЕ
Согласно определению мощность, выделяемая в цепи,
P  I  U  I  (  I  r )
где
Р
Рmax
(1) ,
U   I r
Найдём корни уравнения
I  (  I  r )  0

(1) .
0
I1  0,
I2 
2r

r
При этих значениях силы тока мощность будет равна нулю. Значит максимальное значение функции
достигается при I 
Ответ: r=2Ом.

2r
и равен Рmax 
2
4r
Отсюда
r
2
4 Pmax
. Вычисляя, получаем r=2Ом.
I
С5.Медное кольцо, диаметр которого 20см, а диаметр провода кольца 2мм, расположено в
однородном магнитном поле, магнитная индукция которого меняется по модулю со скоростью 1,09
 8 Ом  м
  1,72 10
Тл/с. Плоскость кольца перпендикулярна вектору магнитной индукции. Удельное
сопротивление
Cu
меди . Чему равен возникающий в кольце индукционный ток ?
РЕШЕНИЕ
Дано:
D=20cм
.
D=2мм
СИ
0,2м
0,002м

Тл
 1,09
t
с

Cu
 1,72 10 8 Ом  м
α=0
Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции в кольце
Изменение магнитного потока за время Δt можно найти по формуле
  D2
, где S – площадь кольца,
величина постоянная, S 
    S
Следовательно,
а
I ?
i
S
пр

 d2
4 ,
i
S

. По закону Ома
t
i
I 
i R ,
где
l .   d
Объединяя формулы получаем формулу для расчёта силы тока
   D  d 2
I 

i t 16
Cu
Ответ: .Ii  10 A
 i   
t
I  10 A
i
R
4
l
S
пр
,
С6. Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой
При переходе атома из состояния
13,6
E 
эВ
n
2
n
, где n=1,2,3….
Е в состояние Е атом испускает фотон.
2
1
Попав на поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая
красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, кр  300нм . Чему равен
максимальный возможный импульс фотоэлектронов?
Согласно постулатам Бора энергия фотона
фотоэффекта
h   A

вых
m 
2
max
2
. Распишем
РЕШЕНИЕ
h   E  E .
Запишем уравнение Эйнштейна для

Ответ:
p
max

 1,33 10  24
кг  м
с
1
hc
A
 h 

вых
min 
кр
Тогда уравнение Эйнштейна принимает вид


hc 

p
 2m E  E 
max
e 2
1  
кр 

2
Рассчитаем
h  
hc


кр
p
max
m 
и
p 2 max
2m
e
 1,33 10  24
2
max
2

p 2max
2m
e
. Отсюда найдём импульс
кг  м
с
ДВЕ ПОРЦИИ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА НАГРЕВАЮТСЯ В
СОСУДАХ ОДИНАКОВОГО ОБЪЁМА. ГРАФИКИ ПРОЦЕССОВ ПРЕДСТАВЛЕНЫ
НА РИСУНКЕ. ПОЧЕМУ ИЗОХОРА 1 ЛЕЖИТ ВЫШЕ ИЗОХОРЫ 2? ОТВЕТ П
ОЯСНИТЕ, УКАЗАВ, КАКИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЫ И
СПОЛЬЗОВАЛИ ДЛЯ ОБЪЯСНЕНИЯ.
Р
1
2
Т
ОТВЕТ
Изохора 1 лежит выше изохоры 2 так., как у двух порций одного и того же идеального газа в
сосудах одинакового объема разные массы . Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для
1 и 2 состояний этих газов, которым соответствует
р
одно и то же давление р, но разные температуры.
Получим
(1)
р
1
2
(2)
Приравнивая правые части уравнений (1) и (2),
Т
получим
или
. Так как
, то
С2. Шарик массой 200г. Подвешенный к потолку на лёгкой нерастяжимой нити,
привели в движение так, что он движется по окружности в горизонтальной
плоскости. Образуя конический маятник (см.рисунок). Модуль силы
натяжения нити Т= 2,7Н. Шарик делает один оборот по окружности за
период τ=2с. Чему равна длина нити L?
Решение
Дано:
m=200г
Т=2,7Н
Τ =2с
L-?
Где
СИ
=0,2кг Согласно второму закону Ньютона
У
α
В проекциях на оси координат :
ОХ:
(1)
ОУ:
(2)
(3)
Подставим (3) в (1) и выразим L . Получим
При вычислении получаем
L 1,4м.
Ответ: L 1,4м.
r
Х
С4. По гладкой горизонтальной направляющей скользит бусинка с
отрицательным зарядом –q и массой m. На расстоянии L от
направляющей находится шарик с положительным зарядом +Q.
(см. рисунок). Бусинка совершает малые гармонические колебания
относительно положения равновесия, период которых равен Т.
Заряды бусинки и шарика увеличили в 2 раза. Какой должна быть
масса бусинки, чтобы период её колебаний при этом остался прежним?
+Q
L
-q, m
Ответ
Согласно закону Кулона
т.к. согласно теорема Пифагора
L α
r
По второму закону Ньютона
В проекции на ось ОХ имеем
Так как
Тогда
, то
х
. Тогда
. Но
. Но согласно теории колебаний
. Тогда
ОТВЕТ: При неизменных периоде и длины нити, но при увеличении каждого из зарядов в 2 раза, масса
бусинки увеличится в 4 раза.
Х