Олимпиады · ЕГЭ

ЕГЭ 2016, реальный вариант, вариант 059

32 задачи

зад 1 График скорости

Механика › КинематикаГрафики движения, путь как площадьРавноускоренное движениесложность 1/10

Автомобиль движется по прямой улице, параллельной оси \(x\). На графике представлена зависимость проекции \(v_x\) его скорости от времени. Модуль ускорения автомобиля максимален на интервале времени

Рисунок

1) от 0 до 10 с

2) от 10 с до 20 с

3) от 20 с до 30 с

4) от 30 с до 40 с

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Ускорение — это наклон графика \(v_x(t)\). Сравните крутизну участков.

▶ОтветСкрыть
Ответ

1

зад 2 Ускорение тела большей массы

Механика › ДинамикаЗаконы Ньютона, силыРавноускоренное движениесложность 1/10

В инерциальной системе отсчёта сила \(\vec F\) сообщает телу массой \(m\) ускорение \(\vec a\). Ускорение тела массой \(2m\) под действием силы \(\frac12\vec F\) в этой системе отсчёта равно

1) \(\vec a\)

2) \(\frac14\vec a\)

3) \(4\vec a\)

4) \(\frac32\vec a\)

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Используйте второй закон Ньютона \(\vec a = \vec F/m\) для обоих тел.

▶ОтветСкрыть
Ответ

2

зад 3 Жёсткость пружины

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

В вашем распоряжении динамометр и линейка. Растянув пружину динамометра на 5 см, Вы обнаружили, что его показания равны 2 Н. Какова жёсткость пружины динамометра?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) Н/м

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Закон Гука: сила равна жёсткости, умноженной на удлинение. Не забудьте перевести сантиметры в метры.

▶ОтветСкрыть
Ответ

40 Н/м

зад 4 Энергия пружины

Механика › Законы сохраненияМеханическая энергия, консервативные системыСила упругости, пружины и их соединениясложность 2/10

При упругой деформации 1 см стальная пружина имеет потенциальную энергию 1 Дж. Насколько увеличится потенциальная энергия этой пружины при увеличении деформации ещё на 1 см?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) Дж

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Потенциальная энергия пружины пропорциональна квадрату деформации.

▶ОтветСкрыть
Ответ

3 Дж

зад 5 Длина звуковой волны

Колебания и волны › Механические волныЗвук и акустикаБегущие волны, скорость волнсложность 2/10

Сигнал гидролокатора подводной лодки, отразившись от цели, отстоящей от неё на 3 км, зарегистрирован через 4 с после его подачи. Частота колебаний вибратора гидролокатора 10 кГц. Определите длину звуковой волны в воде.

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) см

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сигнал проходит путь туда и обратно. Длина волны связана со скоростью звука и частотой.

▶ОтветСкрыть
Ответ

15 см

зад 6 Шарик, брошенный горизонтально

Механика › КинематикаБаллистика: бросок под угломЗаконы Ньютона, силысложность 2/10

Шарик массой \(m\), брошенный горизонтально с высоты \(H\) с начальной скоростью \(v_0\), за время полёта \(t\) пролетел в горизонтальном направлении расстояние \(L\) (см. рисунок). В другом опыте на этой же установке шарик массой \(2m\) бросают со скоростью \(2v_0\). Что произойдёт при этом с дальностью полёта и ускорением шарика? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Рисунок

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.

Дальность полёта: \(\underline{\qquad}\). Ускорение: \(\underline{\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Время падения с высоты \(H\) не зависит от начальной скорости, а ускорение при свободном падении не зависит от массы.

▶ОтветСкрыть
Ответ

Дальность полёта — 1 (увеличится), ускорение — 3 (не изменится): ответ «13».

зад 7 Брусок на наклонной плоскости

Механика › ДинамикаНаклонная плоскостьСила трения: покой и проскальзываниесложность 2/10

С высоты \(h\) по наклонной плоскости из состояния покоя соскальзывает брусок массой \(m\). Длина наклонной плоскости равна \(S\), а коэффициент трения между бруском и плоскостью равен \(\mu\). Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно определить. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

А) сила трения, действующая на брусок

Б) время движения бруска

ФОРМУЛЫ:

Рисунок
АБ
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сила трения равна \(\mu N\), где нормальная сила \(N = mg\cos\alpha\), а \(\sin\alpha = h/S\). Время находится из равноускоренного движения на длине \(S\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

А — 4, Б — 3: ответ «43».

зад 8 Свойства газов

Термодинамика и молекулярная физика › Молекулярно-кинетическая теорияАтомы и молекулы, оценкиУравнение состояниясложность 1/10

Молекулы газов находятся в среднем на больших расстояниях друг от друга по сравнению с их размерами, силы взаимодействия между ними незначительны. Этим можно объяснить следующие свойства газов:

А. Газ не сохраняет своей формы.

Б. Газ не сохраняет своего объёма.

В. Газ имеет большую сжимаемость.

Какое(-ие) из утверждений правильно(-ы)?

1) только Б

2) только В

3) А и Б

4) А, Б, В

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Вспомните, почему газ занимает весь предоставленный ему объём и легко сжимается.

▶ОтветСкрыть
Ответ

4

зад 9 Остывание затвердевшего вещества

Термодинамика и молекулярная физика › Фазовые переходыПлавление и кристаллизацияКоличество теплоты, уравнение теплового балансасложность 2/10

На графике показана зависимость температуры вещества \(T\) от времени \(t\). Вещество равномерно нагревали от момента времени \(t = 0\) до момента \(t = t_0\). Потом нагреватель выключили, и вещество равномерно охлаждалось. В начальный момент вещество находилось в кристаллическом состоянии. Какой участок графика соответствует процессу остывания затвердевшего вещества?

Рисунок

1) 2-3

2) 5-6

3) 1-2

4) 6-7

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Остывание затвердевшего вещества — участок после того, как вещество полностью перешло в твёрдое состояние; температура на нём падает.

▶ОтветСкрыть
Ответ

4

зад 10 Плавление свинца

Термодинамика и молекулярная физика › Фазовые переходыПлавление и кристаллизацияКоличество теплоты, уравнение теплового балансасложность 1/10

Какое количество теплоты необходимо для того, чтобы расплавить 20 г свинца, взятого при температуре плавления?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) Дж

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

При плавлении при температуре плавления вся теплота идёт на разрушение кристаллической решётки: \(Q = \lambda m\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

500 Дж

зад 11 КПД тепловой машины Карно

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиТепловые двигатели, КПД, цикл КарноЦиклы, работа в циклесложность 2/10

Температуру нагревателя тепловой машины Карно понизили, оставив температуру холодильника прежней. Количество теплоты, отданное газом холодильнику за цикл, не изменилось. Как изменились при этом КПД тепловой машины и количество теплоты, полученное газом за цикл от нагревателя? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

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

КПД тепловой машины: \(\underline{\qquad}\). Количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл работы: \(\underline{\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

КПД Карно равен \(1 - T_2/T_1\). Количество теплоты от нагревателя \(Q_1 = Q_2 T_1/T_2\) при неизменном \(Q_2\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

Оба значения уменьшаются: ответ «22».

зад 12 КПД и теплота двигателя Карно

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиТепловые двигатели, КПД, цикл КарноЦиклы, работа в циклесложность 2/10

Температура нагревателя идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно, равна \(T_1\), а температура холодильника равна \(T_2\). За цикл двигатель совершает работу, равную \(A\). Установите соответствие между физическими величинами, описывающими работу этого двигателя, и формулами, по которым их можно вычислить. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

А) КПД двигателя

Б) количество теплоты, получаемое двигателем за цикл от нагревателя

ФОРМУЛЫ:

Рисунок
АБ
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

КПД идеальной тепловой машины определяется только температурами; теплота от нагревателя связана с работой через КПД.

▶ОтветСкрыть
Ответ

А — 2, Б — 3: ответ «23».

зад 13 Заряд лёгкого шарика

Электростатика › Поле зарядовЗакон Кулонасложность 1/10

Отрицательно заряженное тело отталкивает подвешенный на нити лёгкий шарик из алюминиевой фольги. Заряд шарика

А. положителен

Б. отрицателен

В. равен нулю

Правильно(-ы) утверждение(-я):

1) только А

2) только Б

3) только В

4) А или В

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Одноимённые заряды отталкиваются. Вспомните, что незаряженный шарик не отталкивается от заряженного тела.

▶ОтветСкрыть
Ответ

2

зад 14 Магнитное поле витка

Магнетизм и индукция › Магнитное полеМагнитное поле токовсложность 2/10

На рисунке изображён проволочный виток, по которому течёт электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в плоскости чертежа. Как направлен в центре витка вектор индукции магнитного поля, созданного током, протекающим по витку?

Рисунок

1) от нас перпендикулярно плоскости чертежа

2) вертикально вниз

3) к нам перпендикулярно плоскости чертежа

4) вертикально вверх

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Примените правило правого винта (буравчика) к направлению тока в витке.

▶ОтветСкрыть
Ответ

3

зад 15 Сила тока по шкалам приборов

Электрические цепи › Постоянный токАмперметры, вольтметры, мостыЗакон Ома, сопротивлениесложность 2/10

На рисунке приведена схема электрической цепи, собранной учеником для исследования зависимости силы тока, проходящего через резистор, от напряжения на нём. На рисунках 1 и 2 показаны шкалы амперметра и вольтметра. Какова будет сила тока в цепи при напряжении на резисторе 5,4 В? Ответ округлите до десятых.

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) А

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сначала определите по шкалам цену деления и показания приборов, затем применяйте закон Ома.

▶ОтветСкрыть
Ответ

0,7 А

зад 16 Заряд в колебательном контуре

Электрические цепи › Колебательный контур и переменный токЭлектромагнитные колебания, колебательный контурГармонические колебаниясложность 2/10

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В нём наблюдаются гармонические электромагнитные колебания с периодом 6 мкс. Максимальный заряд одной из обкладок конденсатора при этих колебаниях равен 4 мкКл. Каким будет модуль заряда этой обкладки в момент времени \(t = 1{,}5\) мкс, если в начальный момент времени её заряд равен нулю?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) мкКл

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Заряд меняется по закону \(q = q_{\max}\sin(2\pi t/T)\). Подставьте \(t = 1{,}5\) мкс и \(T = 6\) мкс.

▶ОтветСкрыть
Ответ

4 мкКл

зад 17 Тепловая мощность резистора

Электрические цепи › Постоянный токРабота и мощность тока, нагревателиЗакон Ома, сопротивлениесложность 2/10

По проволочному резистору течёт ток. Как изменятся при уменьшении длины проволоки в 4 раза и увеличении силы тока вдвое тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе, и его электрическое сопротивление? 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.

Тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе: \(\underline{\qquad}\). Электрическое сопротивление резистора: \(\underline{\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сопротивление проволоки пропорционально её длине. Мощность равна \(I^2R\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

Мощность не меняется (3), сопротивление уменьшается (2): ответ «32».

зад 18 Тепловая мощность в цепи с ключом

Электрические цепи › Постоянный токВычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочкиРабота и мощность тока, нагревателисложность 2/10

На рисунке показана цепь постоянного тока. Сопротивления обоих резисторов одинаковы и равны \(R\). Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (\(\varepsilon\) — ЭДС источника тока). К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

А) тепловая мощность на резисторе \(R_1\) при замкнутом ключе К

Б) тепловая мощность на резисторе \(R_1\) при разомкнутом ключе К

ФОРМУЛЫ:

Рисунок
АБ
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сравните напряжение на \(R_1\) при замкнутом и разомкнутом ключе: при замыкании ключа в цепи меняется сопротивление.

▶ОтветСкрыть
Ответ

А — 2, Б — 4: ответ «24».

зад 19 Атом Резерфорда

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроАтом Бора, спектрысложность 2/10

На рисунке изображены схемы четырёх атомов, соответствующие модели атома Резерфорда. Чёрными точками обозначены электроны. Какая схема соответствует атому \(^{6}_{3}\mathrm{Li}\)?

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Число электронов в нейтральном атоме равно зарядовому числу (числу протонов), а не массовому.

▶ОтветСкрыть
Ответ

4

зад 20 Частица в ядерной реакции

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроЯдерные реакции, дефект масссложность 1/10

Укажите частицу \(X\) в ядерной реакции \(^{56}_{25}\mathrm{Mn} + X \to {}^{56}_{26}\mathrm{Fe} + {}^{1}_{0}n\).

1) \(^{1}_{1}\mathrm{H}\)

2) \(^{1}_{0}n\)

3) \(^{0}_{-1}e\)

4) \(^{2}_{1}\mathrm{H}\)

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сохраните сумму массовых чисел и сумму зарядовых чисел в обеих частях реакции.

▶ОтветСкрыть
Ответ

1

зад 21 Распад полония

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроРадиоактивный распадсложность 2/10

Ядра полония \(^{210}_{84}\mathrm{Po}\) испытывают \(\alpha\)-распад с периодом полураспада 140 дней. В момент начала наблюдения в образце содержится \(8\cdot10^{20}\) ядер полония. Через какую из точек, кроме точки 1, пройдёт график зависимости от времени числа ещё не испытавших радиоактивный распад ядер полония?

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Число нераспавшихся ядер уменьшается вдвое за каждый период полураспада.

▶ОтветСкрыть
Ответ

2

зад 22 Распад ртути в таллий

Атомная, ядерная и квантовая физика › Атом и ядроРадиоактивный распадЯдерные реакции, дефект масссложность 2/10

Большое число \(N\) радиоактивных ядер \(^{203}_{80}\mathrm{Hg}\) распадается, образуя стабильные дочерние ядра \(^{203}_{81}\mathrm{Tl}\). Период полураспада равен 46,6 суток. Какое количество исходных ядер останется через 139,8 суток, а дочерних появится за 93,2 суток после начала наблюдений? Установите соответствие между величинами и их значениями. К каждой позиции из первого столбца подберите соответствующую позицию из второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ:

А) количество ядер \(^{203}_{80}\mathrm{Hg}\) через 139,8 суток

Б) количество ядер \(^{203}_{81}\mathrm{Tl}\) через 93,2 суток

ИХ ЗНАЧЕНИЕ:

1) \(N/8\)

2) \(N/4\)

3) \(3N/4\)

4) \(7N/8\)

АБ
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

139,8 суток — это три периода полураспада. Дочерние ядра накапливаются за счёт распада исходных.

▶ОтветСкрыть
Ответ

А — 1, Б — 3: ответ «13».

зад 23 Толщина листа бумаги

Экспериментальная физика › Практический турИзмерения и погрешностисложность 1/10

С помощью ученической линейки измерили толщину пачки из 500 листов бумаги. Толщина пачки оказалась \((50 \pm 1)\) мм. Толщина одного листа бумаги равна

1) \((0{,}1 \pm 0{,}02)\) мм

2) \((0{,}1 \pm 1{,}0)\) мм

3) \((0{,}100 \pm 0{,}002)\) мм

4) \((0{,}05 \pm 0{,}02)\) мм

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Разделите толщину пачки и погрешность на число листов.

▶ОтветСкрыть
Ответ

3

зад 24 Зависимость силы упругости от длины

Механика › ДинамикаСила упругости, пружины и их соединенияЗаконы Ньютона, силысложность 3/10

Ученик проводит опыт, исследуя зависимость модуля силы упругости пружины от длины пружины. Эта зависимость выражается формулой \(F(l) = k\,|l - l_0|\), где \(l_0\) — длина пружины в недеформированном состоянии. График полученной зависимости приведён на рисунке. Выберите два утверждения, соответствующих результатам этого опыта, и укажите их номера.

Рисунок

1) Длина пружины в недеформированном состоянии равна 3 см.

2) Для данной пружины закон Гука выполняется только при деформации до 1 см.

3) Жёсткость пружины равна 200 Н/м.

4) При длине 1 см пружина разрушается.

5) Жёсткость пружины при сжатии меньше, чем при растяжении.

Ответы №№: \(\underline{\qquad\qquad}\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Минимум графика силы соответствует недеформированной пружине; наклон графика даёт жёсткость.

▶ОтветСкрыть
Ответ

13

зад 25 Длина рычага

Механика › СтатикаРычаги и простые механизмыРавновесие тел, моменты силсложность 3/10

Груз массой 120 кг удерживают с помощью рычага, приложив к его концу вертикально направленную силу 300 Н (см. рисунок). Рычаг состоит из шарнира без трения и длинного однородного стержня массой 30 кг. Расстояние от оси шарнира до точки подвеса груза равно 1 м. Длина стержня равна

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) м

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Запишите равенство моментов сил относительно оси шарнира. Вес стержня приложен к его середине.

▶ОтветСкрыть
Ответ

4 м (при \(g = 10\) м/с²)

зад 26 Объём газа при изохорном нагреве

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газИзопроцессыУравнение состояниясложность 3/10

На рисунке показан график изменения давления 32 моль газа при изохорном нагревании. Каков объём этого газа? Ответ округлите до десятых.

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) м\(^3\)

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

При изохорном процессе \(p/T\) постоянно; запишите уравнение Клапейрона — Менделеева для одной точки графика.

▶ОтветСкрыть
Ответ

0,4 м\(^3\)

зад 27 ЭДС в кольце

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияВихревое электрическое поле, закон ФарадеяРабота и мощность тока, нагревателисложность 3/10

Кольцо радиуса 10 см из тонкой проволоки с сопротивлением 0,01 Ом находится в однородном магнитном поле, линии индукции которого пересекают плоскость кольца под углом \(60^\circ\). За какое время в кольце выделится количество теплоты 555 мкДж, если магнитная индукция возрастает со скоростью 0,05 Тл/с? Ответ округлите до целых.

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\) с

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Магнитный поток зависит от нормальной к плоскости кольца составляющей индукции, равной \(B\sin 60^\circ\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

3 с

зад 28 Поршень в опускающемся лифте

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газСосуды с поршнями, газ и пружинаАдиабатический процесссложность 4/10

На полу неподвижного лифта стоит теплоизолированный сосуд, открытый сверху. В сосуде под тяжёлым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ. Поршень находится в равновесии. Лифт начинает равноускоренно опускаться вниз. Куда сдвинется поршень относительно сосуда после начала движения лифта и как при этом изменится температура газа в сосуде? Трением между поршнем и стенками сосуда, а также утечкой газа из сосуда пренебречь. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

При ускоренном движении вниз эффективная сила тяжести для поршня уменьшается. Что будет с давлением газа и с его работой при расширении в теплоизолированном сосуде?

▶ОтветСкрыть
Ответ

Поршень сдвинется вверх, температура газа понизится.

▶РешениеСкрыть
Решение

1. Поршень сдвинется вверх. Температура газа в сосуде понизится.

2. Пусть масса поршня \(M\), а площадь его основания \(S\). Атмосферное давление над поршнем равно \(p_{\text{атм}}\), первоначальное давление газа в сосуде равно \(p_1\). Поскольку поршень первоначально находится в равновесии, \(p_1 = p_{\text{атм}} + \dfrac{Mg}{S}\).

3. При движении лифта с ускорением \(a\), направленным вниз, поршень сдвинется и займёт относительно сосуда новое положение равновесия, в котором давление газа в сосуде станет равным \(p_2 = p_{\text{атм}} + \dfrac{M(g-a)}{S} < p_1\). Поскольку сосуд теплоизолирован и изменения числа частиц нет, уменьшение давления возможно только за счёт расширения газа. При этом газ совершает работу, \(A > 0\).

4. Поскольку сосуд теплоизолированный, газ, находящийся под поршнем, участвует в адиабатическом процессе. В этом случае, по первому закону термодинамики, газ совершает работу за счёт уменьшения внутренней энергии.

5. Уменьшение внутренней энергии газа повлечёт за собой понижение его температуры \(\left(\Delta U = \dfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T\right)\).

зад 29 Брусок и грузик на нити

Механика › ДинамикаДинамика блоков и нитейМеханическая энергия, консервативные системысложность 5/10

В установке, изображённой на рисунке, грузик \(A\) соединён перекинутой через блок нитью с бруском \(B\), лежащим на горизонтальной поверхности трибометра, закреплённого на столе. Грузик отводят в сторону, приподнимая его на высоту \(H\), и отпускают. Длина свисающей части нити равна \(L\). Какую величину должна превзойти масса грузика, чтобы брусок сдвинулся с места в момент прохождения грузиком нижней точки траектории? Масса бруска \(M\), коэффициент трения между бруском и поверхностью \(\mu\). Трением в блоке, а также размерами блока пренебречь.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

В нижней точке натяжение нити складывается из веса грузика и центростремительной составляющей; скорость найдите из закона сохранения энергии.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(m > \dfrac{\mu M}{\dfrac{2H}{L}+1}\) (допускается ответ в виде равенства).

▶РешениеСкрыть
Решение

Брусок сдвигается с места, если сила, действующая на него со стороны нити, станет больше максимальной силы трения покоя: \(T > F_{\text{тр.макс}}\), т.е. \(T > \mu M g\).

Второй закон Ньютона для грузика в нижнем положении: $$\frac{mv^2}{L} = T - mg.   (1)$$

Закон сохранения механической энергии: \(mgH = \dfrac{mv^2}{2}\), откуда \(\dfrac{mv^2}{L} = \dfrac{2mgH}{L}\).   (2)

Подставляя (2) в (1), получим $$T = \frac{2mgH}{L} + mg = mg\left(\frac{2H}{L}+1\right) > \mu M g,$$ откуда $$m > \frac{\mu M}{\dfrac{2H}{L}+1}.$$

зад 30 Пробка и давление газа

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиПервый закон, работа газаИзопроцессысложность 5/10

В сосуде объёмом \(V = 0{,}02\) м³ с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью \(S\), заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя \(F\) пробки о края отверстия равна 100 Н. Пробка выскакивает, если газу передать количество теплоты не менее 15 кДж. Определите значение \(S\), полагая газ идеальным.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Пробка выскочит, когда избыточное давление газа станет равно \(F/S\). Для изохорного процесса работа равна нулю, и вся теплота идёт на изменение внутренней энергии.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(S = 2\cdot10^{-4}\) м²

▶РешениеСкрыть
Решение

Пробка выскочит, если сила, с которой газ давит изнутри на пробку, превысит суммарную силу давления атмосферного воздуха снаружи на пробку и трения пробки о края отверстия. Это произойдёт, когда давление газа превысит атмосферное давление на величину \(\Delta p = \dfrac{F}{S}\), откуда \(S = \dfrac{F}{\Delta p}\).

Поскольку изначально давление газа в сосуде равно атмосферному, именно такое изменение давления газа определяет предельное количество теплоты, переданное газу.

Поскольку объём \(V\) газа не меняется, изменение давления газа связано с изменением его температуры \(T\). Согласно уравнению Клапейрона — Менделеева \(V\,\Delta p = \nu R\,\Delta T\), где \(\nu\) — количество газообразного вещества.

Чтобы найти изменение температуры газа, обратимся к первому закону термодинамики: \(\Delta U = A + Q\). В нашем случае работа внешних сил \(A = 0\), поскольку объём газа не меняется, и изменение внутренней энергии газа равно количеству полученной им теплоты: \(\Delta U = Q\).

Для идеального одноатомного газа \(\Delta U = \dfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T\). Соотнеся это равенство с уравнением Клапейрона — Менделеева и равенством \(\Delta U = Q\), находим: $$V \Delta p = \frac{2}{3}\Delta U = \frac{2}{3}Q,   \Delta p = \frac{2Q}{3V} = \frac{2\cdot15\cdot10^3}{3\cdot2\cdot10^{-2}} = 5\cdot10^5 Па.$$

Следовательно, \(S = \dfrac{100}{5\cdot10^5} = 2\cdot10^{-4}\) м².

Ответ: \(S = 2\cdot10^{-4}\) м².

зад 31 Конденсатор и резистор

Электрические цепи › Конденсаторы в цепяхПереходные процессы в RC-цепях, ток через конденсаторЭлектромагнитные колебания, колебательный контурсложность 5/10

В схеме, показанной на рисунке, ключ К долгое время находился в положении 1. В момент \(t_0 = 0\) ключ перевели в положение 2. К моменту \(t > 0\) на резисторе \(R\) выделилось количество теплоты \(Q = 25\) мкДж. Сила тока в цепи в этот момент равна \(I = 0{,}1\) мА. Чему равно сопротивление резистора \(R\)? ЭДС батареи \(\mathcal{E} = 15\) В, её внутреннее сопротивление \(r = 30\) Ом, ёмкость конденсатора \(C = 0{,}4\) мкФ. Потерями на электромагнитное излучение пренебречь.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

После переключения ключа энергия, запасённая в конденсаторе, частично переходит в тепло на резисторе, а частично остаётся в конденсаторе.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(R = 100\) кОм

▶РешениеСкрыть
Решение

1. К моменту \(t_0 = 0\) конденсатор полностью заряжен, ток в левой части схемы равен нулю, поэтому напряжение между обкладками конденсатора равно ЭДС \(\mathcal{E}\), энергия конденсатора \(W_0 = \dfrac{C\mathcal{E}^2}{2}\) (см. рисунок в условии).

2. В момент \(t > 0\) напряжение на конденсаторе \(U\) равно напряжению \(IR\) на резисторе в правой части схемы. Энергия конденсатора в этот момент $$W = \frac{CU^2}{2} = \frac{C(IR)^2}{2}.$$

3. Пренебрегая потерями на излучение, получаем баланс энергии: \(W_0 = W + Q\), или $$\frac{C\mathcal{E}^2}{2} = \frac{C(IR)^2}{2} + Q,$$ откуда \(R = \dfrac{1}{I}\sqrt{\mathcal{E}^2 - \dfrac{2Q}{C}} = 100\) кОм.

Ответ: \(R = 100\) кОм.

зад 32 Сила Лоренца и кулоновская сила

Магнетизм и индукция › Силы в магнитном полеСила Лоренца, движение частиц в магнитном полеДвижение в электрическом полесложность 5/10

Точечный отрицательный заряд \(q = -1{,}5\cdot10^{-12}\) Кл движется в однородных электрическом и магнитном полях. Напряжённость электрического поля \(E = 1200\) В/м; индукция магнитного поля \(B = 0{,}03\) Тл. В некоторый момент времени скорость заряда равна по величине \(v = 10^5\) м/с и лежит в плоскости векторов \(\vec B\) и \(\vec E\), при этом вектор \(\vec v\) перпендикулярен вектору \(\vec E\) и составляет с вектором \(\vec B\) угол \(\alpha = 45^\circ\). Найдите величину результирующей силы, действующей на заряд со стороны электромагнитного поля в этот момент времени.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сложите электрическую и магнитную (силу Лоренца) составляющие силы как перпендикулярные векторы.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(F \approx 3{,}7\cdot10^{-9}\) Н

▶РешениеСкрыть
Решение

Сила, действующая на заряд со стороны электрического поля, направлена противоположно вектору \(\vec E\). Величина силы определяется формулой \(F_1 = |q|E\).

Сила Лоренца, действующая на заряд со стороны магнитного поля, направлена по правилу левой руки перпендикулярно плоскости чертежа «от нас». Величина силы определяется формулой \(F_2 = |q|vB\sin\alpha\). Величина результирующей силы \(F = \sqrt{F_1^2 + F_2^2}\).

$$F = |q|\sqrt{E^2 + (vB\sin\alpha)^2} = 1{,}5\cdot10^{-12}\cdot\sqrt{1200^2 + \left(10^5\cdot0{,}03\cdot\frac{\sqrt2}{2}\right)^2} \approx 3{,}7\cdot10^{-9} Н.$$

Ответ: \(F \approx 3{,}7\cdot10^{-9}\) Н.

Источник: ЕГЭ по физике 2016, реальный вариант, вариант 059 — условия · решения. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.