Олимпиады · ЕГЭ

ЕГЭ 2014, реальный вариант, вариант 301

35 задач

зад A1 Путь при разгоне

Механика › КинематикаРавноускоренное движениеГрафики движения, путь как площадьсложность 1/10

За 10 секунд скорость автомобиля, движущегося равноускоренно по прямой дороге, увеличилась от 0 до 20 м/с. Пройденный автомобилем путь равен

1) 50 м  2) 200 м  3) 150 м  4) 100 м

зад A2 Равнодействующая по графику скорости

Механика › ДинамикаЗаконы Ньютона, силыГрафики движения, путь как площадьРавноускоренное движениесложность 1/10

Скорость тела массой 3 кг, движущегося вдоль оси \(Ox\) в инерциальной системе отсчёта, изменяется со временем в соответствии с графиком (см. рисунок). Равнодействующая приложенных к телу сил в момент времени \(t = 10\) с равна

Рисунок

1) 30 Н  2) 6 Н  3) 60 Н  4) \(1{,}5\) Н

зад A3 Жёсткость пружин

Механика › ДинамикаСила упругости, пружины и их соединениясложность 1/10

Две упругие пружины растянуты силами одной и той же величины \(F\). Удлинение первой пружины \(\Delta l_1\) в 1,5 раза больше, чем удлинение второй пружины \(\Delta l_2\). Если жёсткость первой пружины равна \(k_1\), то жёсткость второй равна

1) \(0{,}67\,k_1\)  2) \(2{,}25\,k_1\)  3) \(0{,}5\,k_1\)  4) \(1{,}5\,k_1\)

зад A4 Импульс после столкновения

Механика › Законы сохраненияИмпульс, закон сохранения импульсаНеупругие столкновенияВекторы в механикесложность 1/10

Одинаковые шары движутся со скоростями, направления которых показаны на рисунке, и сталкиваются. Как будет направлен суммарный импульс шаров после столкновения, если \(\upsilon_2 = \upsilon_1 \cdot \sqrt{2}\)?

Рисунок

1) \(\uparrow\)  2) \(\rightarrow\)  3) \(\leftarrow\)  4) \(\downarrow\)

зад A5 Кинетическая энергия по закону движения

Механика › КинематикаРавномерное движение, средняя скоростьМеханическая энергия, консервативные системысложность 1/10

Координата тела массой 8 кг, движущегося вдоль оси \(x\), изменяется по закону \(x = x_0 + \upsilon_x t\), где \(x_0 = 6\) м; \(\upsilon_x = 8\) м/с. Кинетическая энергия тела в момент времени \(t = 2\) с равна

1) 484 Дж  2) 144 Дж  3) 256 Дж  4) 400 Дж

зад A6 Плечо силы реакции

Механика › СтатикаРавновесие тел, моменты силСкольжение без отрыва, касающиеся телаВекторы в механикесложность 1/10

Однородный куб опирается одним ребром на гладкий пол, другим на вертикальную стену (см. рисунок). Плечо силы \(\vec N\) относительно оси, проходящей через точку \(A\) перпендикулярно плоскости рисунка, равно

Рисунок

1) \(O_2O\)  2) \(O_2A\)  3) \(0\)  4) \(AO\)

зад A7 Порядок температур

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газУравнение состоянияОсновное уравнение МКТсложность 1/10

Температура первого тела равна 5 °С; второго тела 263 К, третьего тела равна \(-15\) °С. Каков правильный порядок перечисления этих тел по убыванию температуры?

1) 3, 1, 2  2) 2, 1, 3  3) 1, 2, 3  4) 3, 2, 1

зад A8 Давление водорода после откачки

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газУравнение состоянияОсновное уравнение МКТсложность 1/10

3 моль водорода находятся в сосуде при температуре \(T\) и давлении \(p\). Каким будет давление в том же сосуде при температуре \(2T\), если из него удалить 2 моль водорода? (Водород считать идеальным газом.)

1) \(6p\)  2) \(\dfrac{2}{3}p\)  3) \(\dfrac{3}{2}p\)  4) \(\dfrac{1}{6}p\)

зад A9 Относительная влажность

Термодинамика и молекулярная физика › Фазовые переходыВлажность воздуха, точка росыНасыщенный парсложность 1/10

В понедельник и вторник температура воздуха была одинаковой. Парциальное давление водяного пара в атмосфере в понедельник было меньше, чем во вторник. Относительная влажность воздуха

1) в понедельник была меньше, чем во вторник  2) была одинакова, так как не менялась температура воздуха  3) во вторник была меньше, чем в понедельник  4) была одинакова, так как не менялось давление насыщенных паров

зад A10 Работа газа на pV-графике

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиПервый закон, работа газаИзопроцессысложность 1/10

Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на графике зависимости давления газа от объёма. Работа, совершённая при этом газом, равна

Рисунок

1) \(6p_0V_0\)  2) \(2p_0V_0\)  3) \(4p_0V_0\)  4) \(p_0V_0\)

зад A11 Знаки зарядов по полю

Электростатика › Поле зарядовНапряжённость поля, принцип суперпозицииЗакон Кулонасложность 1/10

На рисунке показано направление вектора напряжённости электрического поля \(\vec E\) в точке \(A\), равноудалённой от равных по модулю точечных зарядов \(q_1\) и \(q_2\). Какие знаки имеют заряды?

Рисунок

1) \(q_1 > 0\);   \(q_2 < 0\)  2) \(q_1 > 0\);   \(q_2 > 0\)  3) \(q_1 < 0\);   \(q_2 < 0\)  4) \(q_1 < 0\);   \(q_2 > 0\)

зад A12 Сила тока в цепи

Электрические цепи › Постоянный токЗакон Ома, сопротивлениеЭквивалентный источниксложность 1/10

К батарее с ЭДС, равной 24 В, и внутренним сопротивлением 2 Ом подключили резистор с сопротивлением 4 Ом. Какова сила тока в цепи?

1) 3 А  2) 6 А  3) 4 А  4) 12 А

зад A13 Сила Лоренца на протон

Магнетизм и индукция › Силы в магнитном полеСила Лоренца, движение частиц в магнитном полесложность 1/10

Протон \(p\), влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет скорость \(\vec\upsilon\), направленную горизонтально перпендикулярно вектору индукции \(\vec B\) магнитного поля (см. рисунок, на котором кружок с точкой указывает направление движения протона). Куда направлена действующая на протон сила Лоренца \(\vec F\)?

Рисунок

1) вертикально вверх \(\uparrow\)  2) горизонтально влево \(\leftarrow\)  3) от наблюдателя \(\otimes\)  4) вертикально вниз \(\downarrow\)

зад A14 Ток в кольце при замедлении вращения

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияЭДС движения: рельсы, перемычки, рамкиВихревое электрическое поле, закон Фарадеясложность 1/10

При вращении в однородном магнитном поле плоскости металлического кольца из тонкой проволоки вокруг оси, перпендикулярной линиям поля, максимальная сила индукционного тока, возникающего в кольце, равна \(I_1\). Чему будет равна максимальная сила индукционного тока \(I_2\) в этом кольце при уменьшении скорости вращения кольца в 2 раза?

1) \(I_2 = 2I_1\)  2) \(I_2 = 0{,}5\,I_1\)  3) \(I_2 = I_1\)  4) \(I_2 = 4I_1\)

зад A15 Изображение в линзе

Геометрическая оптика › ЛинзыХод лучей в линзах, построенияФормула линзы, увеличениесложность 1/10

Какому из предметов 1–4 соответствует изображение \(AB\) в тонкой линзе с фокусным расстоянием \(F\)?

Рисунок

1) предмету 1  2) предмету 2  3) предмету 3  4) предмету 4

зад A16 Источники для интерференции

Волновая оптика и электромагнитные волны › ИнтерференцияОпыт Юнга, две щелиЭлектромагнитные волны, излучениесложность 1/10

Точечные источники света \(S_1\) и \(S_2\) находятся близко друг от друга и создают на удалённом экране Э устойчивую интерференционную картину (см. рисунок). Это возможно, если \(S_1\) и \(S_2\) – малые отверстия в непрозрачном экране, освещённые

Рисунок

1) одно зелёным лазером, другое красным  2) лучом одного лазера  3) каждое своей лампочкой накаливания  4) каждое своей горящей свечой

зад A17 Энергия фотонов при фотоэффекте

Атомная, ядерная и квантовая физика › ФотоныФотоэффектЭнергия и импульс фотона, эффект Комптонасложность 1/10

На металлическую пластинку падает монохроматическая электромагнитная волна, выбивающая электроны из пластинки. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетевших из пластинки в результате фотоэффекта, составляет 3 эВ, а работа выхода из металла в 2 раза больше этой энергии. Чему равна энергия фотонов в падающей волне?

1) 2 эВ  2) 3 эВ  3) 9 эВ  4) 6 эВ

зад A18 Состав атома

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроРадиоактивный распадсложность 1/10

Связанная система элементарных частиц содержит 14 нейтронов, 13 протонов и 10 электронов. Эта система частиц является

1) нейтральным атомом кремния \({}^{27}_{14}\text{Si}\)  2) ионом кремния \({}^{27}_{14}\text{Si}\)  3) ионом алюминия \({}^{27}_{13}\text{Al}\)  4) нейтральным атомом алюминия \({}^{27}_{13}\text{Al}\)

зад A19 Накопление ядер свинца

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроРадиоактивный распадГрафические методысложность 1/10

Из ядер таллия \({}^{208}_{81}\text{Tl}\) при \(\beta\)-распаде с периодом полураспада 3 мин образуются стабильные ядра свинца. В момент начала наблюдения в образце содержится \(8\cdot10^{20}\) ядер таллия. Через какую из точек, кроме начала координат, пройдёт график зависимости числа ядер свинца от времени (см. рисунок)?

Рисунок

1) \(B\)  2) \(A\)  3) \(D\)  4) \(C\)

зад A20 Измерения для частоты маятника

Колебания и волны › Механические колебанияМатематический и физический маятникМалые колебания, период через энергиюсложность 1/10

Ученик изучал в школьной лаборатории колебания математического маятника. Результаты измерений каких величин дадут ему возможность рассчитать частоту малых колебаний математического маятника?

1) массы маятника \(m\) и знание табличного значения ускорения свободного падения \(g\)  2) амплитуды колебаний маятника \(A\) и его массы \(m\)  3) длины нити маятника \(l\) и знание табличного значения ускорения свободного падения \(g\)  4) амплитуды колебаний маятника \(A\) и знание табличного значения ускорения свободного падения \(g\)

зад A21 ЭДС самоиндукции по таблице токов

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияСамоиндукция, энергия магнитного поляПереходные процессы в RL- и RLC-цепях, диод и катушкаОбработка данных, линеаризация графиковсложность 1/10

Катушка индуктивности подключена к источнику тока с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор \(R = 40\) Ом (см. рисунок). В момент \(t = 0\) ключ К замыкают. Значения силы тока в цепи, измеренные в последовательные моменты времени с точностью \(\pm 0{,}01\) А, представлены в таблице.

Рисунок
\(t\), с\(0\)\(0{,}5\)\(1{,}0\)\(1{,}5\)\(2{,}0\)\(3{,}0\)\(4{,}0\)\(5{,}0\)\(6{,}0\)
\(I\), А\(0\)\(0{,}12\)\(0{,}19\)\(0{,}23\)\(0{,}26\)\(0{,}29\)\(0{,}29\)\(0{,}30\)\(0{,}30\)

Оцените модуль ЭДС самоиндукции катушки в момент времени \(t = 1{,}0\) с.

1) \(11{,}6\) В  2) \(9{,}2\) В  3) \(4{,}4\) В  4) \(7{,}6\) В

зад B1 Газ при расширении с постоянной энергией

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиВнутренняя энергияУравнение состоянияПервый закон, работа газасложность 2/10

В процессе расширения 1 моль разреженного гелия его внутренняя энергия всё время остаётся неизменной. Как изменяются при этом температура гелия, его давление и объём?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается  2) уменьшается  3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Температура гелияДавление гелияОбъём гелия

зад B2 Конденсатор при сближении пластин

Электростатика › КонденсаторыПлоский конденсаторПодвижные пластины, силы в конденсаторесложность 2/10

Плоский конденсатор подключён к гальваническому элементу. Как изменятся при уменьшении зазора между обкладками конденсатора три величины: ёмкость конденсатора, величина заряда на его обкладках, разность потенциалов между ними?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится  2) уменьшится  3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Ёмкость конденсатораВеличина заряда конденсатораРазность потенциалов между обкладками конденсатора

зад B3 Графики движения мяча, брошенного с балкона

Механика › КинематикаБаллистика: бросок под угломГрафики движения, путь как площадьсложность 2/10

Мячик бросают с начальной скоростью \(\vec\upsilon_0\) под углом \(\alpha\) к горизонту с балкона высотой \(h\) (см. рисунок). Сопротивлением воздуха пренебречь. Графики А и Б представляют собой зависимости физических величин, характеризующих движение мячика в процессе полёта, от времени \(t\).

Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Рисунок
Рисунок

1) координата \(x\) мячика  2) проекция скорости мячика на ось \(x\)  3) кинетическая энергия мячика  4) координата \(y\) мячика

Ответ:

АБ

зад B4 Характеристики движения заряда в магнитном поле

Магнетизм и индукция › Силы в магнитном полеСила Лоренца, движение частиц в магнитном полеДвижение по окружностисложность 2/10

Заряженная частица массой \(m\), несущая положительный заряд \(q\), движется перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля \(\vec B\) по окружности со скоростью \(\upsilon\). Действием силы тяжести пренебречь.

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) модуль магнитной силы, действующей на частицу  Б) период обращения частицы по окружности

Формулы:

1) \(\dfrac{\upsilon}{qB}\)  2) \(\dfrac{m\upsilon}{qB}\)  3) \(\dfrac{2\pi m}{qB}\)  4) \(q\upsilon B\)

Ответ:

АБ

зад A22 Стержень в банке

Механика › СтатикаРавновесие тел, моменты силСтержни, шарниры, нерастяжимые связисложность 3/10

Однородный стержень \(AB\) массой 100 г покоится, упираясь в стык дна и стенки банки концом \(B\) и опираясь на край банки в точке \(C\) (см. рисунок). Модуль силы, с которой стержень давит на стенку сосуда в точке \(C\), равен 0,5 Н. Чему равен модуль горизонтальной составляющей силы, с которой стержень давит на сосуд в точке \(B\), если модуль вертикальной составляющей этой силы равен 0,6 Н? Трением пренебречь.

Рисунок

1) 0,25 Н  2) 0,13 Н  3) 0,6 Н  4) 0,3 Н

зад A23 Нагрев льда в калориметре

Термодинамика и молекулярная физика › Фазовые переходыПлавление и кристаллизацияКоличество теплоты, уравнение теплового балансасложность 3/10

Кусок льда, имеющий температуру 0 °С, помещён в калориметр с электронагревателем. Чтобы превратить этот лёд в воду температурой 20 °С, требуется количество теплоты 100 кДж. Какая температура установится внутри калориметра, если лёд получит от нагревателя количество теплоты 75 кДж? Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с внешней средой пренебречь.

1) 4 °С  2) 8 °С  3) 15 °С  4) 0 °С

зад A24 Заряд частицы в электрическом поле

Электростатика › Движение заряженных частицДвижение в электрическом полеРавноускоренное движениесложность 3/10

Частица массой 1 мг переместилась за 3 с на расстояние 0,45 м по горизонтали в однородном горизонтальном электрическом поле напряжённостью 5000 В/м. Начальная скорость частицы равна нулю. Каков заряд частицы? Сопротивлением воздуха и действием силы тяжести пренебречь.

1) \(2\cdot10^{-9}\) Кл  2) \(2\cdot10^{-11}\) Кл  3) \(3\cdot10^{-8}\) Кл  4) \(1\cdot10^{-11}\) Кл

зад A25 Длина волны по мощности поглощения

Атомная, ядерная и квантовая физика › ФотоныЭнергия и импульс фотона, эффект Комптонасложность 3/10

За время \(t = 4\) с детектор поглощает \(N = 6\cdot10^5\) фотонов падающего на него монохроматического света. Поглощаемая мощность \(P = 5\cdot10^{-14}\) Вт. Какова длина волны падающего света?

1) 0,6 мкм  2) 0,4 мкм  3) 780 нм  4) 520 нм

зад C1 Давление света на сажу и зеркало

Атомная, ядерная и квантовая физика › ФотоныДавление светаЭнергия и импульс фотона, эффект Комптонасложность 4/10

При изучении давления света проведены два опыта с одним и тем же лазером. В первом опыте свет лазера направляется на пластинку, покрытую сажей, а во втором – на зеркальную пластинку такой же площади. В обоих опытах пластинки находятся на одинаковом расстоянии от лазера и свет падает перпендикулярно поверхности пластинок. Как изменится сила давления света на пластинку во втором опыте по сравнению с первым? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Сила давления света во втором опыте больше, чем в первом (\(F_2 \approx 2F_1\)).

▶РешениеСкрыть
Решение

1. Сила давления света во втором опыте больше, чем в первом.

2. В обоих опытах происходит поглощение (сажа) или отражение (зеркало) световой волны. Поглощение за время \(t\) большого числа \(N \gg 1\) квантов света — фотонов: каждый фотон при поглощении передаёт пластинке импульс \(p = \dfrac{h\nu}{c}\), поэтому пластинка получает импульс, равный сумме импульсов поглощённых фотонов: \(p_\Sigma = Np = N\dfrac{h\nu}{c}\).

3. Для пластинки, покрытой сажей, за время \(t\) импульс \(p_\Sigma\) передаётся в направлении распространения света. По второму закону Ньютона, скорость изменения импульса тела равна силе, действующей на него: \(F_1 = \dfrac{p_\Sigma}{t} = \dfrac{N h\nu}{c\,t}\).

4. При отражении от зеркальной пластинки отражённый квант имеет импульс, противоположный по знаку импульсу падающего кванта: \(p' = -p\), поэтому импульс отражённой волны \(p'_\Sigma = -N'p\). Изменение импульса световой волны за время \(t\) равно \(\Delta p = -(N + N')p\). Импульс системы «световая волна + зеркальная пластинка» сохраняется, поэтому импульс, переданный пластинке, равен \((N + N')p\), а сила \(F_2 = \dfrac{(N + N')p}{t}\). Для хорошего зеркала \(N' \approx N\), поэтому \(F_2 \approx 2F_1\).

5. Сравнивая выражения для сил \(F_1\) (сажа) и \(F_2\) (зеркало), приходим к выводу, что \(F_1 < F_2\): при замене пластинки, покрытой сажей, на зеркальную сила давления света увеличивается.

Ответ: сила давления света увеличится, \(F_2 \approx 2F_1\).

зад C2 Потеря энергии в желобе

Механика › Законы сохраненияНеконсервативные системы, работа тренияБаллистика: бросок под угломМеханическая энергия, консервативные системысложность 5/10

Шайба массой \(m = 100\) г начинает движение по желобу \(AB\) из точки \(A\) из состояния покоя. Точка \(A\) расположена выше точки \(B\) на высоте \(H = 6\) м. В процессе движения по желобу механическая энергия шайбы из-за трения уменьшается на величину \(\Delta E\). В точке \(B\) шайба вылетает из желоба под углом \(\alpha = 15^\circ\) к горизонту и падает на землю в точке \(D\), находящейся на одной горизонтали с точкой \(B\) (см. рисунок). \(BD = 4\) м. Найдите величину \(\Delta E\). Сопротивлением воздуха пренебречь.

Рисунок
▶ОтветСкрыть
Ответ

\(\Delta E = 2\) Дж.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. Скорость шайбы \(\upsilon\) в точке \(B\) найдём из баланса энергии шайбы в точках \(A\) и \(B\) с учётом потерь на трение: \(\dfrac{m\upsilon^2}{2} = mgH - \Delta E\). Отсюда \(\upsilon^2 = 2\left(gH - \dfrac{\Delta E}{m}\right)\).

2. Время полёта \(t\) шайбы из точки \(B\) в точку \(D\) определим из условия \(y = \upsilon\sin\alpha\cdot t - \dfrac{gt^2}{2} = 0\), где \(y\) — вертикальная координата шайбы в системе отсчёта с началом в точке \(B\). Отсюда \(t = \dfrac{2\upsilon\sin\alpha}{g}\).

3. Дальность полёта \(BD = \upsilon\cos\alpha\cdot t = \dfrac{\upsilon^2\sin 2\alpha}{g}\).

4. Подставляя \(\upsilon^2\), получаем \(BD = \dfrac{2\left(gH - \Delta E/m\right)\sin 2\alpha}{g}\), откуда \(\Delta E = mg\left(H - \dfrac{BD}{2\sin 2\alpha}\right)\).

Подставляя значения: \(\Delta E = 1\cdot\left(6 - \dfrac{4}{2\cdot 0{,}5}\right) = 2\) Дж.

Ответ: \(\Delta E = 2\) Дж. Допускается ответ \(-2\) Дж, если из текста решения следует, что речь идёт об изменении механической энергии.

зад C3 Работа за цикл теплового двигателя

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиТепловые двигатели, КПД, цикл КарноАдиабатический процессВнутренняя энергиясложность 5/10

Тепловой двигатель использует в качестве рабочего вещества 1 моль идеального одноатомного газа. Цикл работы двигателя изображён на \(pV\)-диаграмме и состоит из двух адиабат, изохоры, изобары. Зная, что КПД этого цикла \(\eta = 15\%\), а минимальная и максимальная температуры газа при изохорном процессе \(t_{min} = 37\) °C и \(t_{max} = 302\) °C, определите количество теплоты, получаемое газом за цикл.

Рисунок
▶ОтветСкрыть
Ответ

\(Q_{12} \approx 3886\) Дж.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. При изобарном расширении на участке 1–2 газ получает от нагревателя количество теплоты \(Q_{12}\), а на участке 3–4 в изохорном процессе отдаёт холодильнику количество теплоты \(Q_{34}\). На остальных участках (адиабаты) теплообмена нет.

2. По первому началу термодинамики работа газа за цикл \(A = Q_{12} - Q_{34}\). По определению КПД \(\eta = \dfrac{A}{Q_{12}} = 1 - \dfrac{Q_{34}}{Q_{12}}\), откуда \(Q_{12} = \dfrac{Q_{34}}{1 - \eta}\).

3. Количество теплоты \(Q_{34}\) равно убыли внутренней энергии газа на участке 3–4. Внутренняя энергия одного моля одноатомного идеального газа равна \(U = \dfrac{3}{2}RT\), поэтому \(Q_{34} = \dfrac{3}{2}R\,(T_{max} - T_{min}) = \dfrac{3}{2}R\,(t_{max} - t_{min})\).

4. В итоге \(Q_{12} = \dfrac{3R\,(t_{max} - t_{min})}{2(1 - \eta)}\). Подставляя значения, получаем \(Q_{12} = \dfrac{1{,}5 \cdot 8{,}31 \cdot 265}{0{,}85} \approx 3886\) Дж.

Ответ: \(Q_{12} \approx 3886\) Дж.

зад C4 Тепловая мощность на резисторе R1

Электрические цепи › Постоянный токВычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочкиРабота и мощность тока, нагревателиЭквивалентный источниксложность 5/10

Какая тепловая мощность будет выделяться на резисторе \(R_1\) в схеме, изображённой на рисунке, если резистор \(R_2\) перегорит (превратится в разрыв цепи)? Все резисторы, включённые в схему, имеют одинаковое сопротивление \(R = 20\) Ом. Внутреннее сопротивление источника \(r = 2\) Ом; его ЭДС \(\mathcal{E} = 110\) В.

Рисунок
▶ОтветСкрыть
Ответ

\(P \approx 236\) Вт.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. После перегорания резистора \(R_2\) схему можно заменить эквивалентной: резистор \(R_1\) включён последовательно с параллельным соединением резисторов \(R_3\) и \(R_4\). Сопротивление внешней цепи \(R_{внешн} = R + \dfrac{R\cdot R}{R + R} = 1{,}5R = 30\) Ом.

2. По закону Ома для полной цепи сила тока через источник \(I = \dfrac{\mathcal{E}}{1{,}5R + r}\).

3. Сила тока через резистор \(R_1\) равна силе тока через источник. По закону Джоуля – Ленца мощность, выделяющаяся на \(R_1\): \(P = I^2 R = \dfrac{\mathcal{E}^2 R}{(1{,}5R + r)^2} = \dfrac{12100 \cdot 20}{32^2} \approx 236\) Вт.

Ответ: \(P \approx 236\) Вт.

зад C5 Сопротивление рамки по графику индукции

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияВихревое электрическое поле, закон ФарадеяРабота и мощность тока, нагревателисложность 6/10

Квадратная проволочная рамка со стороной \(l = 10\) см находится в однородном магнитном поле с индукцией \(\vec B\). На рисунке изображено изменение проекции вектора \(\vec B\) на перпендикуляр к плоскости рамки с течением времени. За время \(t = 10\) с в рамке выделяется количество теплоты \(Q = 0{,}1\) мДж. Каково сопротивление проволоки, из которой сделана рамка?

Рисунок
▶ОтветСкрыть
Ответ

\(R \approx 0{,}3\) Ом.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. При изменении магнитного поля поток вектора магнитной индукции через рамку площадью \(S = l^2\) изменяется: \(\Delta\Phi = \Delta B\cdot S\). По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции \(\mathcal{E} = \dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t} = \dfrac{\Delta B\cdot l^2}{\Delta t}\), ток в рамке \(I = \dfrac{\mathcal{E}}{R}\).

2. Работа ЭДС индукции за время \(\Delta t\), которая переходит в тепло: \(A = \mathcal{E}\,I\,\Delta t = \dfrac{(\Delta B)^2 l^4}{R\,\Delta t}\).

3. По графику находим изменения проекции индукции: на первом участке (\(\Delta t_1 = 2\) с) \(\Delta B_1 = 0{,}6\) Тл, на втором участке (\(\Delta t_2 = 8\) с) \(\Delta B_2 = -1{,}0\) Тл.

4. Суммарное количество теплоты \(Q = A_1 + A_2 = \dfrac{l^4}{R}\left(\dfrac{(\Delta B_1)^2}{\Delta t_1} + \dfrac{(\Delta B_2)^2}{\Delta t_2}\right)\), отсюда \(R = \dfrac{l^4}{Q}\left(\dfrac{(\Delta B_1)^2}{\Delta t_1} + \dfrac{(\Delta B_2)^2}{\Delta t_2}\right) = \dfrac{10^{-4}}{10^{-4}}\left(\dfrac{0{,}36}{2} + \dfrac{1{,}0}{8}\right) \approx 0{,}3\) Ом.

Ответ: \(R \approx 0{,}3\) Ом.

зад C6 Частота поглощаемого фотона

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроАтом Бора, спектрыЭнергия и импульс фотона, эффект Комптонасложность 5/10

На рисунке представлены энергетические уровни атома и указаны частоты световых волн, испускаемых и поглощаемых при переходах между ними: \(\nu_{13} = 7\cdot10^{14}\) Гц; \(\nu_{32} = 3\cdot10^{14}\) Гц. При переходе с уровня \(E_4\) на уровень \(E_1\) атом излучает свет с длиной волны \(\lambda = 360\) нм. Какова частота колебаний световой волны, поглощаемой атомом при переходе с уровня \(E_2\) на уровень \(E_4\)?

Рисунок
▶ОтветСкрыть
Ответ

\(\nu_{24} \approx 4{,}3\cdot10^{14}\) Гц.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. Энергия фотона связана с частотой световой волны соотношением \(E_\phi = h\nu\). По постулатам Бора при переходах между уровнями \(E_m\) и \(E_n\) поглощаются и излучаются фотоны с энергией \(E_\phi = E_m - E_n = h\nu_{mn}\).

2. Рассмотрим последовательность переходов \(E_1 \to E_3 \to E_2 \to E_4 \to E_1\), при которой атом возвращается в состояние \(E_1\). Суммарная энергия поглощённых фотонов равна суммарной энергии излученных: \(\nu_{13} + \nu_{24} = \nu_{32} + \nu_{41}\). Отсюда искомая частота \(\nu_{24} = \nu_{32} + \nu_{41} - \nu_{13}\).

3. Частота света, излучаемого при переходе \(E_4 \to E_1\), связана с длиной волны соотношением \(\nu_{41} = \dfrac{c}{\lambda}\). Подставляя значения, получаем \(\nu_{24} = 3\cdot10^{14} + \dfrac{3\cdot10^{8}}{360\cdot10^{-9}} - 7\cdot10^{14} \approx 4{,}3\cdot10^{14}\) Гц.

Ответ: \(\nu_{24} \approx 4{,}3\cdot10^{14}\) Гц.

Источник: ЕГЭ по физике 2014, реальный вариант, вариант 301 — условия · решения. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.