Slider

Подготовка к ЕГЭ по физике. Задача 28 (бывшая С1)

Эксперт ЕГЭ Н. Л. Точильникова

Задача 28 на ЕГЭ по физике - это качественный вопрос. То есть такое задание, где надо объяснить явление, зависимость, описать поведение системы или построить график. Получение численного ответа, как правило, не требуется.
Раньше эта задача фигурировала в ЕГЭ под номером «С1». С 2015 года это задача 28.

Для примера разберем три задачи такого типа.

1. С1 (Тренировочная работа № 5, 2010 г.)

Пассажир автобуса на остановке привязал к ручке сиденья за нитку легкий воздушный шарик, заполненный гелием. Автобус тронулся вдоль по прямому горизонтальному шоссе, и некоторое время двигался вперед с постоянным ускорением, затем ехал с постоянной скоростью, а на подъезде к следующей остановке двигался равнозамедленно, пока не остановился. Опишите, как менялся угол наклона нити шарика к вертикали в течение всего времени перемещения автобуса от одной остановки до другой.

Решение:

1) Пока автобус стоял, шарик висел в воздухе над ручкой сиденья, а нить была вертикальна, поскольку выталкивающая сила, действующая на шарик по закону Архимеда, в неподвижном воздухе автобуса направлена вертикально вверх. Она больше силы тяжести, действовавшей на шарик (гелий легче воздуха, а оболочка, по условию, легкая) и равна сумме силы тяжести и силы натяжения нити.

Задача 28. Рисунок 1

F_A=mg+T

2) Когда автобус трогается с ускорением, направленным вперед, распределение давления воздуха внутри салона изменяется: давление у задней стенки внутри автобуса становится больше, чем у передней стенки, поскольку задняя стенка давит на воздух в салоне: p_1>p_2.

То есть появляется разность давлений: p = p_1 - p_2. В результате на шарик действует дополнительная сила давления \overrightarrow{\mkern -5mu F}, направленная вперед.

Наличие такой силы следует из второго закона Ньютона:

\overrightarrow{\mkern -5mu F} = m \overrightarrow{\mkern -5mu a}

Вывод: шарик отклоняется вперед, по ходу движения.

Задача 28. Рисунок 2

\overrightarrow{\mkern -5mu F_{AB}} — вертикальная составляющая выталкивающей силы;
\overrightarrow{\mkern -5mu F} — дополнительная сила давления;
\overrightarrow{\mkern -5mu T} — сила натяжения нити.

3) Между остановками, когда автобус движется равномерно, то есть ускорение равно нулю, нить снова вертикальна, как в первом случае.

Задача 28. Рисунок 3

4) При торможении нить отклонится назад, поскольку назад будет направлена сила давления p_2 > p_1. Автобус тормозит, а воздух еще по инерции движется в прежнем направлении. Поэтому давление у передней стенки увеличивается.

Задача 28. Рисунок 4

5) После остановки автобуса нить снова вертикальна.

Ответ задачи, конечно, очень неожиданный и противоречит нашему бытовому опыту. Мы привыкли, что когда автобус стартует, мы падаем назад, а когда тормозит – вперед. В прошлом году у меня занимался мальчик, который никак не хотел поверить в ответ этой задачи, и поступил совершенно правильно: они с папой поставили эксперимент. Взяли шарик, наполненный гелием, привязали его в своей машине, закрыли все окна, чтобы давление воздуха внутри машины не выравнивалось слишком быстро, и стартовали. И шарик отклонился вперед, а когда тормозили – назад.

Похожая задача, еще до ЕГЭ, предлагалась на вступительных экзаменах в МВТУ имени Баумана. Только там был сосуд с водой, к дну которого был привязан на нити пробковый шарик, который плавал в жидкости. Сосуд начинал вращаться, и шарик отклонялся… к оси вращения, а не от нее, как мы привыкли. И только, если абитуриент понимал, что шарик отклоняется к центру, задача решалась. А иначе получались невозможные ответы.

2. С1 (вар. 103, 2012)

В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t_0 долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V_0 до 6V_0.

Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V_0 до 6V_0. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались.

Задача 28. Рисунок 5

Решение:

1. На участке от V_0 до 3V_0 давление под поршнем постоянно (давление насыщенного пара при постоянной температуре). На участке от 3V_0 до 6V_0 давление под поршнем подчиняется закону Бойля–Мариотта.

На участке от V_0 до 3V_0 график p(V) – горизонтальный отрезок прямой, на участке от 3V_0 до 6V_0 – фрагмент гиперболы.

Задача 28. Рисунок 6

2. В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось динамическое равновесие между жидкостью и ее паром.

3. Пока в цилиндре остается вода, при медленном изотермическом расширении пар остается насыщенным. Давление насыщенного пара не зависит от объема и определяется только температурой. Так как температура постоянна, постоянно и давление насыщенного пара. Поэтому график p(V) будет графиком константы, т. е. отрезком горизонтальной прямой. Количество воды в цилиндре при этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в насыщенном паре ничтожна по сравнению с концентрацией молекул воды в жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара. Поэтому, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём, практически равный V_0.

Пусть m – масса пара, тогда масса жидкости 2m (по условию, она в два раза больше). Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для начального состояния:

p_0V_0 = \genfrac{}{}{}{0}{m}{\mu }RT_0

где \mu — молярная масса воды.

Откуда:

V_0 = \genfrac{}{}{}{0}{mRT_0}{p_0 \mu }

В тот момент, когда вся вода испарится, полная масса вещества будет равна 3m, а значит уравнение Менделеева-Клапейрона примет вид:

p_0V = \genfrac{}{}{}{0}{3m}{\mu }RT_0

Тогда:

V = \genfrac{}{}{}{0}{3mRT_0}{p_0 \mu }=3V_0

V=3V_0 — объем пара, когда вся жидкость испарится.

Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость p(V) на участке от V_0 до 3V_0.

4. При V > 3V_0 под поршнем уже нет жидкости, все молекулы воды образуют уже ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме описывать законом Бойля-Мариотта: pV = const, т. е. p \sim \genfrac{}{}{}{0}{1}{V}. Графиком этой зависимости служит гипербола. Таким образом, на участке от 3V_0 до 6V_0 зависимость p(V) изображается фрагментом гиперболы, по которой при увеличении объёма вдвое давление вдвое уменьшается.

3. С1 (Вар. 1, Урал, 2013)

В схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R. ЭДС батареи равна E, ее внутреннее сопротивление ничтожно (r=0). Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются постоянными) показания идеального вольтметра при перемещении движка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Задача 28. Рисунок 7

Решение:

Идеальный вольтметр – это разрыв цепи, его сопротивление бесконечно велико. А значит не идет ток и через сопротивление последовательное с вольтметром. То есть ток через реостат равен нулю. Это значит, что напряжение на вольтметре равно напряжению на параллельно соединенном с ним сопротивлении. Согласно закону Ома для полной цепи U = E - Ir, но r=0. Следовательно показания вольтметра всегда равны E, независимо от положения движка реостата.

Задача эта коварна тем, что на ЕГЭ несколько лет подряд предлагалась другая задача с очень похожим условием, но без последовательно соединенного с реостатом идеального вольтметра. В результате в той задаче получался совершенно другой ответ.

Интенсивная подготовка

Бесплатные пробные ЕГЭ

Расписание курсов

Звоните нам: 8 (800) 775-06-82 (бесплатный звонок по России)
                       +7 (495) 984-09-27 (бесплатный звонок по Москве)

Или нажмите на кнопку «Узнать больше», чтобы заполнить контактную форму. Мы обязательно Вам перезвоним.

ЛЕТНИЕ КУРСЫ ЕГЭ И ОГЭ

Типы подготовки:
Сказать спасибо
РЕКОМЕНДУЕМ:
ege-tv

Полный онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по математике. Структурировано. Четко. Без воды. Сдай ЕГЭ на 100 баллов!

Смотреть

Для нормального функционирования и Вашего удобства, сайт использует файлы cookies. Это совершенно обычная практика.Продолжая использовать портал, Вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Позвоните мне

Все поля обязательны для заполнения

Отправить

Премиум

Вся часть 2 на ЕГЭ по математике, от задачи 13 до задачи 19. То, о чем не рассказывают даже ваши репетиторы. Все приемы решения задач части 2. Оформление задач на экзамене. Десятки реальных задач ЕГЭ, от простых до самых сложных.

Видеокурс «Премиум» состоит из 7 курсов  для освоения части 2 ЕГЭ по математике (задачи 13-19). Длительность каждого курса - от 3,5 до 4,5 часов.

  1. Уравнения (задача 13)
  2. Стереометрия (задача 14)
  3. Неравенства (задача 15)
  4. Геометрия (задача 16)
  5. Финансовая математика (задача 17)
  6. Параметры (задача 18)
  7. Нестандартная задача на числа и их свойства (задача 19).

Здесь то, чего нет в учебниках. Чего вам не расскажут в школе. Приемы, методы и секреты решения задач части 2.

Каждая тема разобрана с нуля. Десятки специально подобранных задач, каждая из которых помогает понять «подводные камни» и хитрости решения.  Автор видеокурса Премиум - репетитор-профессионал Анна Малкова.

Получи пятерку

Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок!

Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию.

Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018.

Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно.

Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ.

Сразу после оплаты вы получите ссылки на скачивание видеокурсов и уникальные ключи к ним.

Задачи комплекта «Математические тренинги - 2019» непростые. В каждой – интересные хитрости, «подводные камни», полезные секреты.

Варианты составлены так, чтобы охватить все возможные сложные задачи, как первой, так и второй части ЕГЭ по математике.

Как пользоваться?

  1. Не надо сразу просматривать задачи (и решения) всех вариантов. Такое читерство вам только помешает. Берите по одному! Задачи решайте по однойи старайтесь довести до ответа.
  2. Если почти ничего не получилось – начинать надо не с решения вариантов, а с изучения математики. Вам помогут книга для подготовки к ЕГЭи Годовой Онлайн-курс.
  3. Если вы правильно решили из первого варианта Маттренингов 5-7 задач – значит, знаний не хватает. Смотри пункт 1: Книгаи Годовой Онлайн-курс!
  4. Обязательно разберите правильные решения. Посмотрите видеоразбор – в нем тоже много полезного.
  5. Можно решать самостоятельно или вместе с друзьями. Или всем классом. А потом смотреть видеоразбор варианта.

Стоимость комплекта «Математические тренинги – 2019» - всего 1100 рублей. За 5 вариантов с решениями и видеоразбором каждого.