Задание 18 ЕГЭ по физике

Электродинамика, оптика, специальная теория относительности. Установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами

В. З. Шапиро

Задание 18 ЕГЭ по физике – это темы «Постоянный ток», «Электромагнитные колебания», «Геометрическая оптика». В этом задании необходимо установить соответствие между утверждениями и графическими зависимостями, формулами, характеристиками изображений, получаемых при помощи тонкой линзы.

1. В опыте нить накала лампочки расположена вблизи главной оптической оси тонкой линзы с фокусным расстоянием F перпендикулярно этой оси. Расстояние а от линзы до спирали равно 3F. Сначала в опыте использовали рассеивающую линзу, а затем – собирающую. Установите соответствие между видом линзы, использовавшейся в опыте, и свойствами изображения. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Ответ:

Необходимая теория:

Тонкие линзы. Построение изображений

Решение данной задачи можно провести через построение изображений в рассеивающей и собирающих линзах. Для этого необходимо знать ход основных лучей, проходящих сквозь линзу.

Луч, проходящий через оптический центр, не преломляется. Это верно и для собирающей, и для рассеивающей линз.

Луч, падающий на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси, после преломления идет через первый мнимый фокус.

Луч, падающий на собирающую линзу параллельно главной оптической оси после преломления идет через второй действительный фокус.

Построение хода этих двух лучей достаточно для получения изображений и описание их характеристик (см. рис.)

На рис. А изображение получено при помощи рассеивающей линзы. Его характеристики: уменьшенное (размер изображения меньше самого предмета), мнимое (изображение и предмет находятся по одну сторону от линзы), прямое (совпадение направлений стрелок АВ и А^ʹВ^ʹ).

На рис. Б изображение получено при помощи собирающей линзы. Его характеристики: уменьшенное (размер изображения меньше самого предмета), действительное (изображение и предмет находятся по разные стороны от линзы), перевернутое (направление стрелок АВ и А^ʹВ^ʹ противоположные).

Ответ:

Секрет решения. Построение изображений в тонких линзах не является сложным. Кроме хода стандартных лучей, надо уметь строить преломление произвольного луча, падающего на собирающую или рассеивающую линзу (см. рисунки.)

Для этого необходимо провести побочную оптическую ось, параллельную падающему лучу. Потом найти точку пересечения этой побочной оптической оси с фокальной плоскостью и затем построить дальнейший ход луча.

2. Два резистора с сопротивлениями R₁ и R₂ подключены к источнику тока с внутренним сопротивлением r (см. рисунок). Напряжение на втором резисторе равно U₂. Чему равны напряжение на первом резисторе и ЭДС источника?

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

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

Ответ:

Необходимая теория:

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

С учетом данных в условии задачи надо определить силу тока в цепи \(I = \frac{U_2}{R_2}.\) Тогда напряжение на резисторе R₁ можно рассчитать на основе закона Ома для участка цепи \(U_1 = I \cdot R_1 = \frac{U_2}{R_2} \cdot R_1.\)

Согласно закону Ома для полной цепи, ЭДС источника тока равно 

Ответ:

 Секрет решения.  В подобных задачах надо уметь «читать» электрические схемы, комбинировать применение законов Ома для участка цепи и для полной цепи, правильно выделять виды соединения проводников.

3. Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих электромагнитные колебания в контуре после этого (T – период колебаний).

Установите соответствие между графиками и физическими величинами, представленными на этих графиках.

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

ГРАФИКИ	ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А)  Б)	1) сила тока в контуре 2) энергия магнитного поля катушки 3) энергия электрического поля конденсатора 4) заряд левой обкладки конденсатора

Ответ:

Необходимая теория:

Электромагнитные колебания

Когда ключ находится в положении 1, происходит зарядка конденсатора. В момент  вся энергия сосредоточена в конденсаторе. Поэтому энергия магнитного поля катушки равна нулю. Это и отображено на графике А. Кроме этого, надо обратить внимание на то, что на графике А значения физической величины положительные (или равны нулю). Это характерно только для значений энергии электрического поля конденсатора или магнитной энергии катушки.

На графике Б в начальный момент времени  значение физической величины отрицательно и максимально по модулю. Так как конденсатор в это время заряжен до максимального значения, то этот график описывает изменение заряда на его обкладках. Левая пластина конденсатора присоединена к отрицательному полюсу источника тока, что подтверждает правильность выбора четвертого утверждения для графика Б.

Ответ:

Секрет решения. Ключевые моменты в подобных задачах:

1. Определение значений физических величин в начальный момент времени согласно схеме, и их соотношение с графическими зависимостями.
2. Понимание того, какие физические величины могут принимать только положительные значения или равные нулю, а какие могут иметь как положительные, так и отрицательные значения.
3. Сравнение периодов или частот колебаний физических величин.

Если сила тока, напряжение или заряд меняются с частотой v, то колебания электрической и магнитной энергии происходят с частотой 2v. Это в полной мере относится и к механическим колебаниям. Если координата, скорость и ускорение тела меняется с частотой v, то колебания кинетической и потенциальной энергий происходят с частотой 2v.