Закон сохранения импульса, кинетическая и потенциальные энергии, работа и мощность силы, закон сохранения механической энергии
В. З. Шапиро
Третье задание ЕГЭ по физике проверяет знания по разделу «Законы сохранения в механике». Оно относится к заданиям базового уровня. В нём отсутствует возможность выбора ответа. Для его решения необходимо знать и уметь применять законы сохранения импульса и энергии.
Применение формулы закона сохранения энергии
Необходимая теория: Энергия
1. Шарик массой 100 г падает с некоторой высоты. Начальная скорость шарика равна нулю. Его кинетическая энергия при падении на землю равна 6 Дж, а потеря энергии за счёт сопротивления воздуха составила 1 Дж. С какой высоты упал шарик?
Ответ: ______________________ м.
Так как в момент падения шарик имел кинетическую энергию 6 Дж, а потеря механической энергии из-за сопротивления воздуха составила 1 Дж, то первоначальное значение потенциальной энергии равно: Eп1 = 6 + 1 = 7 (Дж).
По формуле для расчета потенциальной энергии тела, поднятого на высоту h от поверхности Земли, рассчитаем эту неизвестную высоту.
Ответ: 7 м.
При использовании закона сохранения энергии необходимо записать, какой энергией обладало тело в начальный момент времени или в первоначальной точке. После этого рассматриваем последующую ситуацию. Это не тот случай, когда можно взять готовую формулу, подставить в неё значение и получить ответ.
2. Автомобиль с выключенным двигателем сняли со стояночного тормоза, и он покатился под уклон, составляющий угол 30° к горизонту. Проехав 10 м, он попадает на горизонтальный участок дороги. Чему равна скорость автомобиля в начале горизонтального участка дороги? Трением пренебречь.
Ответ: ___________________________ м/с.
В этой задаче необходим чертеж.
Из соотношений в прямоугольном треугольнике получим:
\(l \sin 30^{\circ }=h;\ h=10 \sin 30^{\circ }=5 \) (м).
– согласно закону сохранения энергии.
\( mgh=\frac{mv^2}{2}; \, v=\sqrt{2gh}.\)
\(v=\sqrt{2\cdot 10\cdot 5}=10 \) (м/с).
Ответ: 10 м/с.
Секрет решения. В большинстве задач по физике рисунки и чертежи помогают лучше понять условие. Это прежде всего относится к задачам, в которых используются какие-либо геометрические построения.
Применение формулы для расчета кинетической энергии тела
3. Скорость груза массой 0,3 кг равна 2 м/с. Какова кинетическая энергия груза?
Ответ: ___________________________ Дж.
Кинетическая энергия тела рассчитывается по формуле \(E_k= \frac{mv^2}{2}.\)
\(E_k=\frac{0.3\cdot 2^2}{2}=0,6\) (Дж).
Ответ: 0,6 Дж.
Секрет решения. В таких задачах необходимо обратить внимание на систему СИ. Простая, на первый взгляд, задача может иметь «подводные камни», связанные с неправильным использованием системы единиц.
Применение формулы для расчета потенциальной энергии упруго деформированного тела
Необходимая теория: Энергия
4. При упругой деформации 2 см стальная пружина имеет потенциальную энергию 2 Дж. Какой станет потенциальная энергия этой пружины при увеличении деформации на 1 см?
Потенциальную энергию упруго деформированной пружины можно рассчитать по формуле:
Разделив Eп2 на Eп1, получим
Ответ: 4,5 Дж.
Секрет решения. Внимательно читайте условие задачи. Условие – это ключ к решению. В этой задаче важно понять, что во втором случае деформация пружины составляет 3 см. Кроме этого, при нахождении отношений деформаций мы не использовали систему СИ, так как при делении результат от этого не изменится.
Сравнение кинетических энергий тела с использованием графика
5. Скорости движения двух одинаковых автомобилей изменяются с течением времени в соответствии с графиками на рисунке. Определите отношение 
кинетических энергий автомобилей в момент времени t1 .
Ответ: ________________________.
Так как на графике не указаны конкретные значения скоростей автомобилей, то их можно выразить в некоторых условных единицах.
Ответ: 16.
При решении задач нужно уметь «читать» графики. Ведь графические зависимости аналогичны текстовому описанию, но просто по-другому выглядят.
