L'articolo presenta un'analisi dei compiti della seconda parte dell'Esame di Stato Unificato di Fisica, numeri 25-27. C'è anche una lezione video tenuta da un tutor di fisica con spiegazioni chiare e dettagliate per ciascuno dei compiti. Se hai appena iniziato la preparazione per l'Esame di Stato Unificato di fisica, questo articolo potrebbe esserti molto, molto utile.

Cominciamo determinando l'accelerazione con cui si muove l'ascensore. Si muove da uno stato di riposo, quindi vale la formula: , dove S- lascia che passi, UN— accelerazione dell'ascensore, T— tempo di movimento. Da qui otteniamo: m/s2.

Descriviamo le forze che agiscono su questo carico. La forza di gravità è diretta verticalmente verso il basso e la forza elastica della molla (forza di Hooke) è diretta verticalmente verso l'alto, dove K- rigidità della molla, X- estensione molla:

Dopo che le oscillazioni del carico sulla molla, causate dall'inizio del movimento dell'ascensore, si saranno attenuate, il carico inizierà a cadere rispetto al suolo in sincronia con l'ascensore con accelerazione. Per questa situazione, in proiezione sull'asse verticale OH, codirezionale con l’accelerazione, dalla Seconda Legge di Newton si ottiene:

I calcoli danno kg.

Troviamo prima cosa è uguale P 2. Per fare ciò, usiamo il fatto che la dipendenza P da V nel processo indicato è direttamente proporzionale: , da dove otteniamo kPa.

Dal corso di termodinamica della scuola è noto che il lavoro di un gas è numericamente uguale all'area sotto il grafico del processo del gas in coordinate ( P;V). Questo lavoro è positivo se il gas si espande, negativo altrimenti. Di conseguenza in questo processo il lavoro del gas è positivo ed è numericamente uguale all'area del trapezio 12 V 2 V 1 (in figura è evidenziato in giallo):

L'area di un trapezio è uguale al prodotto della metà della somma delle basi per l'altezza. Cioè, in questo caso otteniamo:

I calcoli danno il valore:

Nei nostri calcoli abbiamo considerato che 1 litro equivale a 10 -3 m 3 .

L'energia del fotone è legata alla lunghezza d'onda dalla nota relazione: , dove H- Costante di Planck, C— velocità della luce nel vuoto, λ è la lunghezza d'onda della luce nel vuoto. Ciò significa che se l'energia del fotone desiderata nel primo caso fosse uguale a E, allora quando la lunghezza d'onda della radiazione incidente si dimezza, l'energia del fotone diventerà pari a 2 E. Scriviamo le equazioni di Einstein per l'effetto fotoelettrico in entrambi i casi:

Qui E K1 e E K2 - massimo energie cinetiche fotoelettroni rispettivamente nel primo e nel secondo caso, UN— funzione lavorativa degli elettroni che lasciano il metallo. Quindi, sottraendo termine per termine la prima equazione alla seconda, otteniamo eV.

Analisi dei problemi presentati da Sergei Valerievich

Esame di Stato Unificato 2017. Fisica. Tipico compiti di prova. 25 opzioni di attività. Lukasheva E.V., Chistyakova N.I.

M.: 2017 - 280 p.

Le tipiche attività di test in fisica contengono 25 serie di varianti di attività, compilate tenendo conto di tutte le caratteristiche e i requisiti dell'Unified esame di stato nel 2017. Lo scopo del manuale è fornire ai lettori informazioni sulla struttura e il contenuto dei materiali di misurazione dei test 2017 in fisica, nonché sul grado di difficoltà dei compiti. La raccolta contiene risposte a tutte le opzioni del test, nonché soluzioni ai problemi più difficili in tutte le 25 opzioni. Inoltre, vengono forniti esempi di moduli utilizzati nell'Esame di Stato Unificato. Il team degli autori è membro della commissione tematica federale dell'esame di stato unificato in fisica. Il manuale è rivolto agli insegnanti per preparare gli studenti all'esame di fisica, e agli studenti delle scuole superiori per l'autopreparazione e l'autocontrollo.

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CONTENUTO
Istruzioni per l'esecuzione del lavoro 5
OPZIONE 1 10
Parte 110
Parte 216
OPZIONE 2 18
Parte 118
Parte 224
OPZIONE 3 26
Parte 126
Parte 2 32
OPZIONE 4 34
Parte 134
Parte 240
OPZIONE 5 42
Parte 142
Parte 2 48
OPZIONE 6 51
Parte 151
Parte 2 58
OPZIONE 7 60
Parte 160
Parte 2 66
OPZIONE 8 68
Parte 168
Parte 2 74
OPZIONE 9 76
Parte 1 76
Parte 2 82
OPZIONE 10 85
Parte 185
Parte 2 91
OPZIONE 11 93
Parte 193
Parte 2 99
OPZIONE 12 102
Parte 1 102
Parte 2 108
OPZIONE 13 111
Parte 1 111
Parte 2 118
OPZIONE 14 120
Parte 1 120
Parte 2 126
OPZIONE 15 128
Parte 1 128
Parte 2 134
OPZIONE 16 137
Parte 1 137
Parte 2 143
OPZIONE 17 .146
Parte 1 146
Parte 2 151
OPZIONE 18 154
Parte 1 154
Parte 2 159
OPZIONE 19 162
Parte 1 162
Parte 2 168
OPZIONE 20 170
Parte 1 170
Parte 2 176
OPZIONE 21 178
Parte 1 178
Parte 2 185
OPZIONE 22 187
Parte 1 187
Parte 2 193
OPZIONE 23 196
Parte 1 196
Parte 2 203
OPZIONE 24 205
Parte 1 205
Parte 2 212
OPZIONE 25 214
Parte 1 214
Parte 2 220
RISPOSTE. SISTEMA PER LA VALUTAZIONE DEL LAVORO DI ESAME IN FISICA 223

Preparazione all'OGE e all'Esame di Stato Unificato

Media educazione generale

Linea UMK A.V. Grachev. Fisica (10-11) (base, avanzato)

Linea UMK A.V. Grachev. Fisica (7-9)

Linea UMK A.V. Peryshkin. Fisica (7-9)

Preparazione all'Esame di Stato Unificato di Fisica: esempi, soluzioni, spiegazioni

Risolviamo la questione Compiti dell'Esame di Stato Unificato in fisica (Opzione C) con un insegnante.

Lebedeva Alevtina Sergeevna, insegnante di fisica, 27 anni di esperienza lavorativa. Certificato d'Onore del Ministero dell'Istruzione della Regione di Mosca (2013), Gratitudine del capo di Voskresensky distretto comunale(2015), Certificato del Presidente dell'Associazione degli insegnanti di matematica e fisica della Regione di Mosca (2015).

Il lavoro presenta compiti di diversi livelli di difficoltà: base, avanzato e alto. Compiti livello di base, si tratta di compiti semplici che mettono alla prova l'assimilazione dei più importanti concetti, modelli, fenomeni e leggi fisiche. Compiti livello più alto mirano a testare la capacità di utilizzare concetti e leggi della fisica per analizzare vari processi e fenomeni, nonché la capacità di risolvere problemi utilizzando una o due leggi (formule) su uno qualsiasi degli argomenti del corso di fisica scolastica. Nel lavoro 4, i compiti della parte 2 sono compiti di alto livello di complessità e mettono alla prova la capacità di utilizzare le leggi e le teorie della fisica in una situazione cambiata o nuova. Il completamento di tali compiti richiede l'applicazione della conoscenza di due o tre sezioni della fisica contemporaneamente, ad es. alto livello di formazione. Questa opzione corrisponde pienamente alla demo versione dell'Esame di Stato Unificato 2017, compiti presi dalla banca aperta dei compiti dell'Esame di Stato Unificato.

La figura mostra un grafico del modulo di velocità in funzione del tempo T. Determinare dal grafico la distanza percorsa dall'auto nell'intervallo di tempo compreso tra 0 e 30 s.

Soluzione. Il percorso percorso da un'auto nell'intervallo di tempo da 0 a 30 s può essere definito più facilmente come l'area di un trapezio, le cui basi sono gli intervalli di tempo (30 – 0) = 30 s e (30 – 10 ) = 20 s, e l'altezza è la velocità v= 10 m/s, cioè

S =	(30 + 20) Con	10 m/s = 250 m.
	2

Risposta. 250 m.

Un carico del peso di 100 kg viene sollevato verticalmente verso l'alto mediante un cavo. La figura mostra la dipendenza della proiezione della velocità V carico sull'asse diretto verso l'alto, in funzione del tempo T. Determinare il modulo della forza di tensione del cavo durante il sollevamento.

Soluzione. Secondo il grafico di dipendenza della proiezione della velocità v carico su un asse diretto verticalmente verso l'alto, in funzione del tempo T, possiamo determinare la proiezione dell'accelerazione del carico

UN =	∆v	=	(8 – 2) m/sec	= 2 m/s2.
	∆T		3 secondi

Sul carico agiscono: la forza di gravità diretta verticalmente verso il basso e la forza di tensione del cavo diretta verticalmente verso l'alto lungo il cavo (vedi Fig. 2. Scriviamo l'equazione base della dinamica. Usiamo la seconda legge di Newton. Somma geometrica La forza che agisce su un corpo è pari al prodotto della massa del corpo per l'accelerazione ad esso impressa.

+ = (1)

Scriviamo l'equazione per la proiezione dei vettori nel sistema di riferimento associato alla terra, dirigendo l'asse OY verso l'alto. La proiezione della forza di tensione è positiva, poiché la direzione della forza coincide con la direzione dell'asse OY, la proiezione della forza di gravità è negativa, poiché il vettore forza è opposto all'asse OY, la proiezione del vettore accelerazione è anch'esso positivo, quindi il corpo si muove con accelerazione verso l'alto. Abbiamo

T – mg = mamma (2);

dalla formula (2) modulo di forza di trazione

T = M(G + UN) = 100 kg (10 + 2) m/s 2 = 1200 N.

Risposta. 1200 n.

Il corpo viene trascinato lungo una superficie orizzontale scabra con velocità costante il cui modulo è 1,5 m/s, applicandovi una forza come mostrato in Figura (1). In questo caso il modulo della forza di attrito radente agente sul corpo è 16 N. Qual è la potenza sviluppata dalla forza? F?

Soluzione. Immaginiamo processo fisico, specificato nella dichiarazione del problema e realizzare un disegno schematico che indichi tutte le forze che agiscono sul corpo (Fig. 2). Scriviamo l'equazione base della dinamica.

Tr + + = (1)

Dopo aver scelto un sistema di riferimento associato ad una superficie fissa, scriviamo le equazioni per la proiezione dei vettori su quella selezionata assi coordinati. A seconda delle condizioni del problema, il corpo si muove in modo uniforme, poiché la sua velocità è costante e pari a 1,5 m/s. Ciò significa che l'accelerazione del corpo è zero. Sul corpo agiscono due forze orizzontalmente: la forza di attrito radente tr. e la forza con cui il corpo viene trascinato. La proiezione della forza di attrito è negativa, poiché il vettore forza non coincide con la direzione dell'asse X. Proiezione di forza F positivo. Ti ricordiamo che per trovare la proiezione abbassiamo la perpendicolare dall'inizio e dalla fine del vettore all'asse selezionato. Tenendo conto di ciò abbiamo: F cosα – F tr = 0; (1) esprimiamo la proiezione della forza F, Questo F cosα = F tr = 16 N; (2) allora la potenza sviluppata dalla forza sarà pari a N = F cosα V(3) Facciamo una sostituzione, tenendo conto dell'equazione (2), e sostituiamo i dati corrispondenti nell'equazione (3):

N= 16 N · 1,5 m/s = 24 W.

Risposta. 24 W.

Un carico fissato ad una molla leggera con rigidezza pari a 200 N/m subisce oscillazioni verticali. La figura mostra un grafico della dipendenza dallo spostamento X caricare di tanto in tanto T. Determina qual è la massa del carico. Arrotonda la tua risposta a un numero intero.

Soluzione. Una massa su una molla subisce oscillazioni verticali. Secondo il grafico dello spostamento del carico X dal momento T, determiniamo il periodo di oscillazione del carico. Il periodo di oscillazione è pari a T= 4 secondi; dalla formula T= 2π esprimiamo la massa M carico

=	T	;	M	=	T 2	; M = K	T 2	; M= 200 N/m	(4 secondi) 2	= 81,14 kg ≈ 81 kg.
	2π		K		4π2		4π2		39,438

Risposta: 81 chilogrammi.

La figura mostra un sistema di due blocchi leggeri e un cavo senza peso, con il quale è possibile mantenersi in equilibrio o sollevare un carico del peso di 10 kg. L'attrito è trascurabile. Sulla base dell'analisi della figura sopra, selezionare due affermazioni vere e indica i loro numeri nella risposta.

1. Per mantenere il carico in equilibrio è necessario agire sull'estremità della fune con una forza di 100 N.
2. Il sistema a blocchi mostrato in figura non dà alcun guadagno in termini di forza.
3. H, è necessario estrarre un tratto di corda di lunghezza 3 H.
4. Sollevare lentamente un carico ad un'altezza HH.

Soluzione. In questo problema è necessario ricordare meccanismi semplici, vale a dire i blocchi: un blocco mobile e uno fisso. Il blocco mobile dà un doppio guadagno in forza, mentre la sezione della corda deve essere tirata il doppio del tempo e il blocco fisso viene utilizzato per reindirizzare la forza. Nel lavoro, i semplici meccanismi di vincita non danno. Dopo aver analizzato il problema, selezioniamo immediatamente le dichiarazioni necessarie:

1. Sollevare lentamente un carico ad un'altezza H, è necessario estrarre un tratto di corda di lunghezza 2 H.
2. Per mantenere il carico in equilibrio è necessario agire sull'estremità della fune con una forza di 50 N.

Risposta. 45.

Un peso di alluminio attaccato ad un filo senza peso ed inestensibile è completamente immerso in un recipiente pieno d'acqua. Il carico non tocca le pareti e il fondo della nave. Quindi un peso di ferro, la cui massa è uguale alla massa del peso di alluminio, viene immerso nello stesso recipiente con acqua. Come cambieranno di conseguenza il modulo della forza di tensione del filo e il modulo della forza di gravità agente sul carico?

1. Aumenta;
2. Diminuisce;
3. Non cambia.

Soluzione. Analizziamo la condizione del problema ed evidenziamo quei parametri che non cambiano durante lo studio: questi sono la massa del corpo e il liquido in cui il corpo è immerso su un filo. Successivamente è meglio realizzare un disegno schematico e indicare le forze che agiscono sul carico: tensione del filo F controllo, diretto verso l'alto lungo il filo; gravità diretta verticalmente verso il basso; Forza di Archimede UN, agendo dal lato del liquido sul corpo immerso e diretto verso l'alto. A seconda delle condizioni del problema, la massa dei carichi è la stessa, quindi il modulo della forza di gravità che agisce sul carico non cambia. Poiché la densità del carico è diversa, anche il volume sarà diverso.

V =	M	.
	P

La densità del ferro è 7800 kg/m3 e la densità del carico di alluminio è 2700 kg/m3. Quindi, V E< V a. Il corpo è in equilibrio, la risultante di tutte le forze che agiscono sul corpo è zero. Dirigiamo l'asse delle coordinate OY verso l'alto. Scriviamo l'equazione di base della dinamica, tenendo conto della proiezione delle forze, nella forma F controllo + Fa – mg= 0; (1) Esprimiamo la forza di tensione F controllo = mg – Fa(2); La forza di Archimede dipende dalla densità del liquido e dal volume della parte immersa del corpo Fa = ρ GV p.h.t. (3); La densità del liquido non cambia e il volume del corpo di ferro è inferiore V E< V a, quindi la forza di Archimede agente sul carico di ferro sarà minore. Concludiamo riguardo al modulo della forza di tensione del filo, lavorando con l'equazione (2), aumenterà.

Risposta. 13.

Un blocco di massa M scivola da un piano inclinato scabro fisso con un angolo α alla base. Il modulo di accelerazione del blocco è uguale a UN, il modulo della velocità del blocco aumenta. La resistenza dell’aria può essere trascurata.

Stabilire una corrispondenza tra le grandezze fisiche e le formule con cui possono essere calcolate. Per ogni posizione nella prima colonna, seleziona la posizione corrispondente dalla seconda colonna e scrivi i numeri selezionati nella tabella sotto le lettere corrispondenti.

B) Coefficiente di attrito tra un blocco ed un piano inclinato

3) mg cosα

4) sinα –	UN
	G cosα

Soluzione. Questo compito richiede l’applicazione delle leggi di Newton. Si consiglia di realizzare un disegno schematico; indicare tutte le caratteristiche cinematiche del movimento. Se possibile, rappresentare il vettore dell'accelerazione e i vettori di tutte le forze applicate al corpo in movimento; ricordiamo che le forze che agiscono su un corpo sono il risultato dell'interazione con altri corpi. Quindi scrivi l'equazione base della dinamica. Seleziona un sistema di riferimento e scrivi l'equazione risultante per la proiezione dei vettori forza e accelerazione;

Seguendo l'algoritmo proposto, realizzeremo un disegno schematico (Fig. 1). Nella figura sono rappresentate le forze applicate al baricentro del blocco e agli assi coordinati del sistema di riferimento associati alla superficie del piano inclinato. Poiché tutte le forze sono costanti, il movimento del blocco sarà uniformemente variabile con l'aumentare della velocità, cioè il vettore accelerazione è diretto nella direzione del moto. Scegliamo la direzione degli assi come mostrato in figura. Annotiamo le proiezioni delle forze sugli assi selezionati.

Scriviamo l'equazione base della dinamica:

Tr + = (1)

Scriviamolo data equazione(1) per la proiezione di forze e accelerazioni.

Sull'asse OY: la proiezione della forza di reazione al suolo è positiva, poiché il vettore coincide con la direzione dell'asse OY Nuovo = N; la proiezione della forza di attrito è nulla poiché il vettore è perpendicolare all'asse; la proiezione della gravità sarà negativa e uguale mg a= – mg cosα; proiezione del vettore accelerazione Ay= 0, poiché il vettore accelerazione è perpendicolare all'asse. Abbiamo N – mg cosα = 0 (2) dall'equazione si esprime la forza di reazione che agisce sul blocco dal lato del piano inclinato. N = mg cosα (3). Scriviamo le proiezioni sull'asse OX.

Sull'asse del OX: proiezione della forza Nè uguale a zero, poiché il vettore è perpendicolare all'asse OX; La proiezione della forza di attrito è negativa (il vettore è diretto nella direzione opposta rispetto all'asse selezionato); la proiezione della gravità è positiva e uguale a mgx = mg sinα (4) da triangolo rettangolo. La proiezione dell’accelerazione è positiva ascia = UN; Quindi scriviamo l'equazione (1) tenendo conto della proiezione mg sinα – F tr = mamma (5); F tr = M(G sinα – UN) (6); Ricorda che la forza di attrito è proporzionale alla forza della pressione normale N.

A-prior F tr = μ N(7), esprimiamo il coefficiente di attrito del blocco sul piano inclinato.

μ =	F tr	=	M(G sinα – UN)	= tgα –	UN	(8).
	N		mg cosα		G cosα

Selezioniamo le posizioni appropriate per ciascuna lettera.

Risposta. A-3; B-2.

Compito 8. L'ossigeno gassoso si trova in una nave con un volume di 33,2 litri. La pressione del gas è 150 kPa, la sua temperatura è 127° C. Determina la massa del gas in questo recipiente. Esprimi la tua risposta in grammi e arrotondala al numero intero più vicino.

Soluzione.È importante prestare attenzione alla conversione delle unità nel sistema SI. Converti la temperatura in Kelvin T = T°C + 273, volume V= 33,2 l = 33,2 · 10 –3 m 3 ; Convertiamo la pressione P= 150 kPa = 150.000 Pa. Utilizzando l'equazione di stato dei gas ideali

Esprimiamo la massa del gas.

Assicurati di prestare attenzione a quali unità vengono richieste di scrivere la risposta. È molto importante.

Risposta.'48

Compito 9. Un gas monoatomico ideale in una quantità di 0,025 mol si espande adiabaticamente. Allo stesso tempo, la sua temperatura è scesa da +103°C a +23°C. Quanto lavoro ha compiuto il gas? Esprimi la tua risposta in Joule e arrotondala al numero intero più vicino.

Soluzione. Innanzitutto il gas è un numero monoatomico di gradi di libertà io= 3, in secondo luogo, il gas si espande adiabaticamente, cioè senza scambio di calore Q= 0. Il gas funziona diminuendo l'energia interna. Tenendo conto di ciò, scriviamo la prima legge della termodinamica nella forma 0 = ∆ U + UN G; (1) esprimiamo il lavoro del gas UN g = –∆ U(2); Scriviamo la variazione di energia interna per un gas monoatomico come

Risposta. 25 J.

L'umidità relativa di una porzione d'aria ad una certa temperatura è del 10%. Quante volte occorre modificare la pressione di questa porzione d'aria affinché, a temperatura costante, la sua umidità relativa aumenti del 25%?

Soluzione. Le domande relative al vapore saturo e all'umidità dell'aria molto spesso causano difficoltà agli scolari. Usiamo la formula per calcolare l'umidità relativa dell'aria

A seconda delle condizioni del problema, la temperatura non cambia, il che significa che la pressione del vapore saturo rimane la stessa. Scriviamo la formula (1) per due stati dell'aria.

φ1 = 10%; φ2 = 35%

Esprimiamo la pressione dell'aria dalle formule (2), (3) e troviamo il rapporto di pressione.

P 2	=	φ2	=	35	= 3,5
P 1		φ1		10

Risposta. La pressione dovrebbe essere aumentata di 3,5 volte.

La sostanza liquida calda veniva lentamente raffreddata in un forno fusorio a potenza costante. La tabella mostra i risultati delle misurazioni della temperatura di una sostanza nel tempo.

Selezionare dall'elenco fornito due dichiarazioni che corrispondono ai risultati delle misurazioni effettuate e ne indicano i numeri.

1. Il punto di fusione della sostanza in queste condizioni è 232°C.
2. In 20 minuti. dopo l'inizio delle misurazioni la sostanza si trovava solo allo stato solido.
3. La capacità termica di una sostanza allo stato liquido e solido è la stessa.
4. Dopo 30 minuti dopo l'inizio delle misurazioni la sostanza si trovava solo allo stato solido.
5. Il processo di cristallizzazione della sostanza ha richiesto più di 25 minuti.

Soluzione. Man mano che la sostanza si raffreddava, la sua energia interna diminuiva. I risultati delle misurazioni della temperatura ci consentono di determinare la temperatura alla quale una sostanza inizia a cristallizzare. Mentre la sostanza passa da stato liquido in un solido, la temperatura non cambia. Sapendo che la temperatura di fusione e la temperatura di cristallizzazione sono le stesse, scegliamo l'affermazione:

1. Il punto di fusione della sostanza in queste condizioni è 232°C.

La seconda affermazione corretta è:

4. Dopo 30 minuti. dopo l'inizio delle misurazioni la sostanza si trovava solo allo stato solido. Poiché la temperatura in questo momento è già inferiore alla temperatura di cristallizzazione.

Risposta. 14.

In un sistema isolato, il corpo A ha una temperatura di +40°C e il corpo B ha una temperatura di +65°C. Questi corpi furono messi in contatto termico tra loro. Dopo qualche tempo si raggiunse l'equilibrio termico. Come sono cambiate di conseguenza la temperatura del corpo B e l'energia interna totale dei corpi A e B?

Per ciascuna quantità, determinare la natura corrispondente della modifica:

1. È aumentato;
2. Diminuito;
3. Non è cambiato.

Annota i numeri selezionati per ciascuno nella tabella. quantità fisica. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

Soluzione. Se in un sistema isolato di corpi non si verificano trasformazioni di energia oltre allo scambio di calore, allora la quantità di calore ceduta dai corpi la cui energia interna diminuisce è uguale alla quantità di calore ricevuta dai corpi la cui energia interna aumenta. (Secondo la legge di conservazione dell'energia.) In questo caso, l'energia interna totale del sistema non cambia. Problemi di questo tipo vengono risolti sulla base dell'equazione del bilancio termico.

∆U = ∑	N	∆U io = 0 (1);
	io = 1

dove ∆ U– cambiamento di energia interna.

Nel nostro caso, a seguito dello scambio di calore, l'energia interna del corpo B diminuisce, il che significa che la temperatura di questo corpo diminuisce. L'energia interna del corpo A aumenta, poiché il corpo ha ricevuto una quantità di calore dal corpo B, la sua temperatura aumenterà. L'energia interna totale dei corpi A e B non cambia.

Risposta. 23.

Protone P, volando nello spazio tra i poli di un elettromagnete, ha una velocità perpendicolare al vettore di induzione campo magnetico, come mostrato nell'immagine. Dov'è la forza di Lorentz che agisce sul protone diretta rispetto al disegno (su, verso l'osservatore, lontano dall'osservatore, giù, sinistra, destra)

Soluzione. Un campo magnetico agisce su una particella carica con la forza di Lorentz. Per determinare la direzione di questa forza, è importante ricordare la regola mnemonica della mano sinistra, non dimenticare di tenere conto della carica della particella. Dirigiamo le quattro dita della mano sinistra lungo il vettore velocità, per una particella carica positivamente, il vettore dovrebbe entrare perpendicolarmente nel palmo, pollice messo da parte 90° mostra la direzione della forza di Lorentz che agisce sulla particella. Di conseguenza, abbiamo che il vettore forza di Lorentz è diretto lontano dall'osservatore rispetto alla figura.

Risposta. dall'osservatore.

Il modulo dell'intensità del campo elettrico in un condensatore ad aria piatta con una capacità di 50 μF è pari a 200 V/m. La distanza tra le piastre del condensatore è di 2 mm. Qual è la carica sul condensatore? Scrivi la tua risposta in µC.

Soluzione. Convertiamo tutte le unità di misura nel sistema SI. Capacità C = 50 µF = 50 10 –6 F, distanza tra le piastre D= 2 · 10 –3 m Il problema riguarda un condensatore ad aria piatta, un dispositivo per immagazzinare la carica elettrica e l'energia del campo elettrico. Dalla formula della capacità elettrica

Dove D– distanza tra le piastre.

Esprimiamo la tensione U=E D(4); Sostituiamo la (4) nella (2) e calcoliamo la carica del condensatore.

Q = C · Ed= 50 10 –6 200 0,002 = 20 µC

Si prega di prestare attenzione alle unità in cui è necessario scrivere la risposta. L'abbiamo ricevuto in coulomb, ma lo presentiamo in µC.

Risposta. 20 µC.

Lo studente ha condotto un esperimento sulla rifrazione della luce, mostrato nella fotografia. Come cambiano l'angolo di rifrazione della luce che si propaga nel vetro e l'indice di rifrazione del vetro con l'aumentare dell'angolo di incidenza?

1. Aumenta
2. Diminuisce
3. Non cambia
4. Registra i numeri selezionati per ciascuna risposta nella tabella. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

Soluzione. In problemi di questo tipo, ricordiamo cos'è la rifrazione. Si tratta di un cambiamento nella direzione di propagazione di un'onda quando passa da un mezzo all'altro. È causato dal fatto che le velocità di propagazione delle onde in questi mezzi sono diverse. Dopo aver capito in quale mezzo si propaga la luce, scriviamo la legge di rifrazione nella forma

sinα	=	N 2	,
sinβ		N 1

Dove N 2 – indice di rifrazione assoluto del vetro, il mezzo in cui va la luce; N 1 – indice di rifrazione assoluto del primo mezzo, da dove la luce sta arrivando. Per l'aria N 1 = 1. α è l'angolo di incidenza del fascio sulla superficie del semicilindro di vetro, β è l'angolo di rifrazione del fascio nel vetro. Inoltre, l'angolo di rifrazione sarà inferiore all'angolo di incidenza, poiché il vetro è un mezzo otticamente più denso, un mezzo con un elevato indice di rifrazione. La velocità di propagazione della luce nel vetro è più lenta. Tieni presente che misuriamo gli angoli dalla perpendicolare ripristinata nel punto di incidenza del raggio. Se aumenti l'angolo di incidenza, aumenterà anche l'angolo di rifrazione. Ciò non modificherà l'indice di rifrazione del vetro.

Risposta.

Ponticello di rame in un determinato momento T 0 = 0 inizia a muoversi ad una velocità di 2 m/s lungo rotaie conduttrici orizzontali parallele, alle cui estremità è collegata una resistenza da 10 Ohm. L'intero sistema si trova in un campo magnetico uniforme verticale. La resistenza del ponticello e delle guide è trascurabile; il ponticello è sempre posizionato perpendicolare alle guide. Il flusso Ф del vettore di induzione magnetica attraverso il circuito formato dal ponticello, dalle guide e dal resistore cambia nel tempo T come mostrato nel grafico.

Utilizzando il grafico, seleziona due affermazioni corrette e indica i loro numeri nella risposta.

1. Quando T= 0,1 s la variazione del flusso magnetico attraverso il circuito è 1 mWb.
2. Corrente di induzione nel ponticello nell'intervallo da T= 0,1 secondi T= 0,3 smassimo.
3. Il modulo della fem induttiva che si forma nel circuito è 10 mV.
4. La forza della corrente di induzione che scorre nel ponticello è 64 mA.
5. Per mantenere il movimento del ponticello, ad esso viene applicata una forza, la cui proiezione lungo la direzione delle rotaie è 0,2 N.

Soluzione. Utilizzando un grafico della dipendenza del flusso del vettore di induzione magnetica attraverso il circuito nel tempo, determineremo le aree in cui cambia il flusso F e dove la variazione di flusso è zero. Questo ci permetterà di determinare gli intervalli di tempo durante i quali apparirà una corrente indotta nel circuito. Affermazione vera:

1) Per il momento T= 0,1 s la variazione del flusso magnetico attraverso il circuito è pari a 1 mWb ∆Ф = (1 – 0) 10 –3 Wb; Il modulo della fem induttiva che si forma nel circuito viene determinato utilizzando la legge EMR

Risposta. 13.

Utilizzando un grafico della corrente in funzione del tempo in un circuito elettrico la cui induttanza è 1 mH, determinare il modulo Fem autoindotta nell'intervallo di tempo da 5 a 10 s. Scrivi la tua risposta in µV.

Soluzione. Convertiamo tutte le quantità nel sistema SI, cioè convertiamo l'induttanza di 1 mH in H, otteniamo 10 –3 H. Convertiremo anche la corrente mostrata nella figura in mA in A moltiplicandola per 10 –3.

La formula per la fem di autoinduzione ha la forma

in questo caso l'intervallo di tempo è dato in base alle condizioni del problema

∆T= 10 s – 5 s = 5 s

secondi e utilizzando il grafico determiniamo l'intervallo di variazione corrente durante questo periodo:

∆IO= 30 10 –3 – 20 10 –3 = 10 10 –3 = 10 –2 A.

Sostituiamo i valori numerici nella formula (2), otteniamo

| Ɛ | = 2 ·10 –6 V, o 2 µV.

Risposta. 2.

Due piastre trasparenti piano-parallele vengono premute saldamente l'una contro l'altra. Un raggio di luce cade dall'aria sulla superficie della prima piastra (vedi figura). È noto che l'indice di rifrazione della piastra superiore è uguale a N 2 = 1,77. Stabilire una corrispondenza tra le grandezze fisiche e il loro significato. Per ogni posizione nella prima colonna, seleziona la posizione corrispondente dalla seconda colonna e scrivi i numeri selezionati nella tabella sotto le lettere corrispondenti.

Soluzione. Per risolvere problemi sulla rifrazione della luce all'interfaccia tra due mezzi, in particolare problemi sul passaggio della luce attraverso piastre piano-parallele, si può consigliare la seguente procedura risolutiva: realizzare un disegno indicante il percorso dei raggi provenienti da un mezzo a un altro; Nel punto di incidenza del fascio, all'interfaccia tra i due mezzi, tracciare una normale alla superficie, segnare gli angoli di incidenza e rifrazione. Prestare particolare attenzione alla densità ottica del mezzo in esame e ricordare che quando un raggio luminoso passa da un mezzo otticamente meno denso a uno otticamente più denso, l'angolo di rifrazione sarà inferiore all'angolo di incidenza. La figura mostra l'angolo tra il raggio incidente e la superficie, ma abbiamo bisogno dell'angolo di incidenza. Ricordare che gli angoli sono determinati dalla perpendicolare ripristinata nel punto di impatto. Determiniamo che l'angolo di incidenza del fascio sulla superficie è 90° – 40° = 50°, indice di rifrazione N 2 = 1,77; N 1 = 1 (aria).

Scriviamo la legge della rifrazione

sinβ =	peccato50	= 0,4327 ≈ 0,433
	1,77

Tracciamo il percorso approssimativo della trave attraverso le piastre. Usiamo la formula (1) per i confini 2–3 e 3–1. In risposta otteniamo

A) Il seno dell'angolo di incidenza del raggio sul confine 2–3 tra le piastre è 2) ≈ 0,433;

B) L'angolo di rifrazione del raggio quando attraversa il confine 3–1 (in radianti) è 4) ≈ 0,873.

Risposta. 24.

Determina quante particelle α e quanti protoni vengono prodotti come risultato della reazione fusione termonucleare

+ → X+ sì;

Soluzione. In tutte le reazioni nucleari si osservano le leggi di conservazione della carica elettrica e del numero di nucleoni. Indichiamo con x il numero di particelle alfa, y il numero di protoni. Compiliamo le equazioni

+→x+y;

risolvendo il sistema abbiamo quello X = 1; sì = 2

Risposta. 1 – particella α; 2 – protoni.

Il modulo della quantità di moto del primo fotone è 1,32 · 10 –28 kg m/s, che è 9,48 · 10 –28 kg m/s inferiore al modulo della quantità di moto del secondo fotone. Trova il rapporto energetico E 2 /E 1 del secondo e del primo fotone. Arrotonda la tua risposta al decimo più vicino.

Soluzione. La quantità di moto del secondo fotone è maggiore della quantità di moto del primo fotone a seconda della condizione, il che significa che può essere rappresentato P 2 = P 1 + Δ P(1). L'energia di un fotone può essere espressa in termini di quantità di moto del fotone utilizzando le seguenti equazioni. Questo E = mc 2 (1) e P = mc(2), quindi

E = pc (3),

Dove E– energia fotonica, P– quantità di moto del fotone, m – massa del fotone, C= 3 · 10 8 m/s – velocità della luce. Tenendo conto della formula (3) abbiamo:

E 2	=	P 2	= 8,18;
E 1		P 1

Arrotondiamo la risposta ai decimi e otteniamo 8.2.

Risposta. 8,2.

Il nucleo dell'atomo ha subito il decadimento radioattivo del positrone β. Come sono cambiati di conseguenza la carica elettrica del nucleo e il numero di neutroni in esso contenuti?

Per ciascuna quantità, determinare la natura corrispondente della modifica:

1. È aumentato;
2. Diminuito;
3. Non è cambiato.

Annota i numeri selezionati per ciascuna quantità fisica nella tabella. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

Soluzione. Positrone β – decadimento nucleo atomico avviene quando un protone si trasforma in un neutrone con l'emissione di un positrone. Di conseguenza, il numero di neutroni nel nucleo aumenta di uno, la carica elettrica diminuisce di uno e il numero di massa del nucleo rimane invariato. Pertanto, la reazione di trasformazione dell'elemento è la seguente:

Risposta. 21.

Sono stati condotti cinque esperimenti in laboratorio per osservare la diffrazione utilizzando vari reticoli di diffrazione. Ciascuno dei reticoli era illuminato da fasci paralleli di luce monocromatica con una lunghezza d'onda specifica. In tutti i casi la luce cadeva perpendicolarmente al reticolo. In due di questi esperimenti è stato osservato lo stesso numero di massimi di diffrazione principali. Indicare prima il numero dell'esperimento in cui è stato utilizzato un reticolo di diffrazione con periodo più breve, quindi il numero dell'esperimento in cui è stato utilizzato un reticolo di diffrazione con periodo maggiore.

Soluzione. La diffrazione della luce è il fenomeno di un raggio luminoso in una regione d'ombra geometrica. La diffrazione può essere osservata quando, sul percorso di un'onda luminosa, ci sono aree opache o fori in grandi ostacoli opachi alla luce e le dimensioni di queste aree o fori sono commisurate alla lunghezza d'onda. Uno dei dispositivi di diffrazione più importanti è il reticolo di diffrazione. Le direzioni angolari verso i massimi del modello di diffrazione sono determinate dall'equazione

D sinφ = Kλ (1),

Dove D– periodo del reticolo di diffrazione, φ – angolo tra la normale al reticolo e la direzione verso uno dei massimi del modello di diffrazione, λ – lunghezza d'onda della luce, K– un numero intero chiamato ordine del massimo di diffrazione. Esprimiamo dall'equazione (1)

Selezionando le coppie in base alle condizioni sperimentali, selezioniamo prima 4 dove è stato utilizzato un reticolo di diffrazione con un periodo più breve, e poi il numero dell'esperimento in cui è stato utilizzato un reticolo di diffrazione con un periodo maggiore - questo è 2.

Risposta. 42.

La corrente scorre attraverso un resistore a filo avvolto. Il resistore fu sostituito con un altro, con un filo dello stesso metallo e della stessa lunghezza, ma avente metà della sezione trasversale, e attraverso di esso veniva fatta passare metà della corrente. Come cambierà la tensione ai capi del resistore e la sua resistenza?

Per ciascuna quantità, determinare la natura corrispondente della modifica:

1. Crescerà;
2. Diminuirà;
3. Non cambierà.

Annota i numeri selezionati per ciascuna quantità fisica nella tabella. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

Soluzione.È importante ricordare da quali valori dipende la resistenza del conduttore. La formula per calcolare la resistenza è

La legge di Ohm per una sezione del circuito, dalla formula (2), esprimiamo la tensione

U = Io R (3).

A seconda delle condizioni del problema, il secondo resistore è realizzato con filo dello stesso materiale, della stessa lunghezza, ma misure differenti sezione trasversale. L'area è due volte più piccola. Sostituendo in (1) troviamo che la resistenza aumenta di 2 volte e la corrente diminuisce di 2 volte, quindi la tensione non cambia.

Risposta. 13.

Il periodo di oscillazione di un pendolo matematico sulla superficie della Terra è 1,2 volte maggiore del periodo della sua oscillazione su un determinato pianeta. Cos'è il modulo di accelerazione? caduta libera su questo pianeta? L'influenza dell'atmosfera in entrambi i casi è trascurabile.

Soluzione. Un pendolo matematico è un sistema costituito da un filo le cui dimensioni sono molto più grandi delle dimensioni della pallina e della pallina stessa. Possono sorgere difficoltà se si dimentica la formula di Thomson per il periodo di oscillazione di un pendolo matematico.

T= 2π (1);

l– lunghezza del pendolo matematico; G- accelerazione di gravità.

Per condizione

Esprimiamo da (3) G n = 14,4 m/s2. Va notato che l'accelerazione di gravità dipende dalla massa del pianeta e dal raggio

Risposta. 14,4 m/s2.

Un conduttore rettilineo lungo 1 m percorso da una corrente di 3 A si trova in un campo magnetico uniforme con induzione IN= 0,4 Tesla con un angolo di 30° rispetto al vettore. Qual è l'intensità della forza che agisce sul conduttore dal campo magnetico?

Soluzione. Se metti un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico, il campo sul conduttore percorso da corrente agirà con una forza Ampere. Scriviamo la formula per il modulo di forza Ampere

F A = Io LB sinα;

F A = 0,6 N

Risposta. F A = 0,6 N.

L'energia del campo magnetico immagazzinata nella bobina quando viene attraversata da una corrente continua è pari a 120 J. Quante volte è necessario aumentare l'intensità della corrente che scorre attraverso l'avvolgimento della bobina affinché l'energia del campo magnetico immagazzinata in esso aumenti di 5760 J.

Soluzione. L'energia del campo magnetico della bobina è calcolata dalla formula

W m =	LI 2	(1);
	2

Per condizione W 1 = 120 J, quindi W 2 = 120 + 5760 = 5880J.

IO 1 2 =	2W 1	; IO 2 2 =	2W 2	;
	l		l

Quindi il rapporto attuale

IO 2 2	= 49;	IO 2	= 7
IO 1 2		IO 1

Risposta. La forza attuale deve essere aumentata 7 volte. Inserisci solo il numero 7 nel modulo di risposta.

Un circuito elettrico è composto da due lampadine, due diodi e una spira di filo collegati come mostrato in figura. (Un diodo consente alla corrente di fluire solo in una direzione, come mostrato nella parte superiore dell'immagine.) Quale delle lampadine si accenderà se il polo nord del magnete viene avvicinato alla bobina? Spiega la tua risposta indicando quali fenomeni e modelli hai utilizzato nella tua spiegazione.

Soluzione. Escono linee di induzione magnetica Polo Nord magnete e divergere. Quando il magnete si avvicina flusso magnetico aumenta attraverso un giro di filo. Secondo la regola di Lenz, si creò il campo magnetico corrente indotta la bobina dovrebbe essere diretta a destra. Secondo la regola del succhiello, la corrente dovrebbe fluire in senso orario (visto da sinistra). Il diodo nel circuito della seconda lampada passa in questa direzione. Ciò significa che la seconda lampada si accenderà.

Risposta. La seconda lampada si accenderà.

Lunghezza dei raggi in alluminio l= 25 cm e area della sezione trasversale S= 0,1 cm 2 sospeso su un filo dall'estremità superiore. L'estremità inferiore poggia sul fondo orizzontale della nave in cui viene versata l'acqua. Lunghezza della parte sommersa del raggio l= 10 cm Trova la forza F, con il quale l'ago da maglia preme sul fondo della nave, se è noto che il filo si trova verticalmente. Densità dell'alluminio ρ a = 2,7 g/cm 3, densità dell'acqua ρ b = 1,0 g/cm 3. Accelerazione della gravità G= 10 m/s2

Soluzione. Facciamo un disegno esplicativo.

– Forza di tensione del filo;

– Forza di reazione del fondo del recipiente;

a è la forza di Archimede agente solo sulla parte immersa del corpo, ed applicata al centro della parte immersa del raggio;

– la forza di gravità che agisce sul raggio dalla Terra ed è applicata al centro dell'intero raggio.

Per definizione, la massa del raggio M e il modulo di forza di Archimede sono espressi come segue: M = SLρa (1);

F un = Slρ dentro G (2)

Consideriamo i momenti delle forze relativi al punto di sospensione del raggio.

M(T) = 0 – momento della forza di tensione; (3)

M(N)= Paesi Bassi cosα è il momento della forza di reazione del vincolo; (4)

Tenendo conto dei segni dei momenti, scriviamo l'equazione

Paesi Bassi cosα + Slρ dentro G (l –	l	)cosα = SLρ UN G	l	cosα (7)
	2		2

considerando che secondo la terza legge di Newton la forza di reazione del fondo del recipiente è uguale alla forza F d con cui il ferro da calza preme sul fondo della nave che scriviamo N = F d e dall'equazione (7) esprimiamo questa forza:

Fd = [	1	lρ UN– (1 –	l	)lρ in] Sg (8).
	2		2l

Sostituiamo i dati numerici e otteniamolo

F d = 0,025 N.

Risposta. F d = 0,025 N.

Cilindro contenente M 1 = 1 kg di azoto, durante la prova di resistenza è esploso a temperatura T 1 = 327°C. Quale massa di idrogeno M 2 potrebbe essere conservato in tale cilindro a temperatura T 2 = 27°C, con un margine di sicurezza quintuplo? Massa molare azoto M 1 = 28 g/mol, idrogeno M 2 = 2 g/mol.

Soluzione. Scriviamo l'equazione di stato dei gas ideali di Mendeleev-Clapeyron per l'azoto

Dove V– volume del cilindro, T 1 = T 1+273°C. A seconda delle condizioni, l'idrogeno può essere immagazzinato sotto pressione P 2 = p1/5; (3) Considerato ciò

possiamo esprimere la massa dell'idrogeno lavorando direttamente con le equazioni (2), (3), (4). La formula finale è simile a:

M 2 =	M 1		M 2		T 1	(5).
	5		M 1		T 2

Dopo aver sostituito i dati numerici M 2 = 28 g.

Risposta. M 2 = 28 g.

In un circuito oscillatorio ideale, l'ampiezza delle fluttuazioni di corrente nell'induttore è Io sono= 5 mA e l'ampiezza della tensione sul condensatore Ehm= 2,0 V. All'ora T la tensione ai capi del condensatore è 1,2 V. Trova la corrente nella bobina in questo momento.

Soluzione. In un circuito oscillatorio ideale l'energia oscillatoria si conserva. Per un istante di tempo t, la legge di conservazione dell'energia ha la forma

C	U 2	+ l	IO 2	= l	Io sono 2	(1)
	2		2		2

Per i valori di ampiezza (massimi) scriviamo

e dall'equazione (2) esprimiamo

C	=	Io sono 2	(4).
l		Ehm 2

Sostituiamo la (4) nella (3). Di conseguenza otteniamo:

IO = Io sono (5)

Pertanto, la corrente nella bobina in quel momento T uguale a

IO= 4,0 mA.

Risposta. IO= 4,0 mA.

C'è uno specchio sul fondo di un serbatoio profondo 2 m. Un raggio di luce, passando attraverso l'acqua, viene riflesso dallo specchio ed esce dall'acqua. L'indice di rifrazione dell'acqua è 1,33. Trovare la distanza tra il punto di entrata del raggio nell'acqua e il punto di uscita del raggio dall'acqua se l'angolo di incidenza del raggio è di 30°

Soluzione. Facciamo un disegno esplicativo

α è l'angolo di incidenza del fascio;

β è l'angolo di rifrazione del fascio nell'acqua;

AC è la distanza tra il punto di entrata della trave nell'acqua ed il punto di uscita della trave dall'acqua.

Secondo la legge della rifrazione della luce

sinβ =	sinα	(3)
	N 2

Considera il ΔADB rettangolare. In esso AD = H, allora DB = AD

tgβ = H tgβ = H	sinα	= H	sinβ	= H	sinα	(4)
	cosβ

Otteniamo la seguente espressione:

AC = 2 DB = 2 H	sinα	(5)

Sostituiamo i valori numerici nella formula risultante (5)

Risposta. 1,63 m.

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