Олимпиады · ЕГЭ

ЕГЭ 2024, открытый вариант ФИПИ, вариант 1

26 задач

зад 1 График скорости

Механика › КинематикаГрафики движения, путь как площадьРавноускоренное движениесложность 2/10

На рисунке приведён график зависимости проекции \(v_x\) скорости тела от времени \(t\).

Рисунок

Определите проекцию \(a_x\) ускорения этого тела в интервале времени от 40 до 60 с. Ответ запишите с учётом знака проекции.

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) м/с\(^2\).

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Ускорение равно тангенсу угла наклона графика \(v_x(t)\): \(a_x = \Delta v_x/\Delta t\).

зад 2 Сила упругости

Механика › ДинамикаСила упругости, пружины и их соединенияЗаконы Ньютона, силысложность 1/10

Под действием силы величиной 6 Н пружина удлинилась на 3 см. Чему равна величина силы, под действием которой удлинение этой пружины составит 4,5 см?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) Н.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Удлинение пружины пропорционально силе (закон Гука): \(F = k\,\Delta l\).

зад 3 Импульс системы

Механика › Законы сохраненияИмпульс, закон сохранения импульсаНеупругие столкновениясложность 2/10

Два тела движутся по взаимно перпендикулярным пересекающимся прямым по гладкой поверхности стола, как показано на рисунке. Модуль импульса первого тела \(p_1 = 0{,}8\) кг·м/с, второго – \(p_2 = 0{,}6\) кг·м/с. Каков модуль импульса системы этих тел после их абсолютно неупругого удара?

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) кг·м/с.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

При неупругом ударе импульс системы сохраняется; импульсы складываются векторно, по теореме Пифагора.

зад 4 Масса лодки

Гидростатика и гидродинамика › ГидростатикаПлавание тел, устойчивость плаванияСила Архимедасложность 1/10

На лодку, плавающую в воде, действует сила Архимеда величиной 2150 Н. Чему равна масса лодки?

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) кг.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Плавающее тело находится в равновесии: сила Архимеда уравновешивает силу тяжести.

зад 5 Колебания двух грузов

Колебания и волны › Механические колебанияПружинный маятник, массивная пружинаГармонические колебаниясложность 3/10

На рисунке приведены зависимости координат \(x\) двух грузов 1 и 2 от времени \(t\) в процессе их малых колебаний на гладкой горизонтальной плоскости. Грузы имеют одинаковую массу \(m\) и прикреплены к пружинам жёсткостью \(k_1\) (груз 1) и жёсткостью \(k_2\) (груз 2). Колебания груза 1 обозначены сплошной линией, груза 2 – пунктиром. Выберите все верные утверждения о движении грузов.

Рисунок

1) Максимальные потенциальные энергии деформированных пружин одинаковы.

2) Максимальная кинетическая энергия груза 1 в четыре раза больше, чем максимальная кинетическая энергия груза 2.

3) Амплитуды колебаний грузов одинаковы.

4) Периоды колебаний грузов одинаковы.

5) Жёсткость пружины \(k_1\) меньше жёсткости пружины \(k_2\).

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Амплитуду и период читайте по графикам; период пружинного маятника \(T = 2\pi\sqrt{m/k}\).

зад 6 Шарик, брошенный горизонтально

Механика › КинематикаБаллистика: бросок под угломВертикальное движение, свободное падениесложность 3/10

Шарик, брошенный горизонтально с высоты \(H\) с начальной скоростью \(\vec v_0\), за время \(t\) пролетел в горизонтальном направлении расстояние \(L\) (см. рисунок). Как изменятся дальность полёта \(L\) и скорость шарика в момент падения, если, не меняя начальной скорости шарика, увеличить высоту \(H\)? 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 полётаСкорость шарика в момент падения
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Горизонтальная скорость постоянна, а время падения зависит только от высоты; модуль скорости в момент падения определяется высотой и начальной скоростью.

зад 7 Давление гелия

Термодинамика и молекулярная физика › Молекулярно-кинетическая теорияОсновное уравнение МКТУравнение состояниясложность 2/10

В сосуде содержится гелий под давлением 160 кПа. Концентрацию гелия увеличили в 2 раза, а среднюю кинетическую энергию теплового движения его молекул уменьшили в 4 раза. Определите установившееся давление газа.

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) кПа.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Основное уравнение МКТ: давление пропорционально произведению концентрации молекул на их среднюю кинетическую энергию.

зад 8 Работа газа в процессах

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиПервый закон, работа газаИзопроцессысложность 2/10

На \(pV\)-диаграмме показаны два процесса, проведённые с одним и тем же количеством газообразного неона. Определите отношение \(\dfrac{A_{34}}{A_{12}}\) работ газа в этих процессах.

Рисунок

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Работа газа при изобарном процессе равна \(p\,\Delta V\) и численно равна площади под графиком в координатах \(p\)–\(V\).

зад 9 Цикл в координатах p–T

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиЦиклы, работа в циклеИзопроцессысложность 3/10

На рисунке в координатах \(p\)–\(T\), где \(p\) – давление газа, \(T\) – его абсолютная температура, показан график циклического процесса, проведённого с одноатомным идеальным газом. Количество вещества газа постоянно.

Рисунок

Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на графике.

1) В процессе \(CD\) газ изохорно охлаждается.

2) В процессе \(AB\) газу сообщают положительное количество теплоты.

3) В процессе \(BC\) газ отдаёт положительное количество теплоты.

4) В процессе \(DA\) газ изотермически сжимают.

5) В процессе \(BC\) плотность газа увеличивается.

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Изохорный процесс на графике \(p\)–\(T\) – прямая, проходящая через начало координат; проверьте направление каждого отрезка по стрелкам.

зад 10 Цикл Карно

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиТепловые двигатели, КПД, цикл КарноЦиклы, работа в циклесложность 3/10

Количество теплоты, полученное рабочим телом идеальной тепловой машины Карно от нагревателя за цикл, увеличили. Количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику за цикл, не изменилось. Температура холодильника осталась прежней. Как изменились при этом КПД тепловой машины и работа тепловой машины за цикл?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

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

КПД тепловой машиныРабота тепловой машины за цикл
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

КПД машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника; работа за цикл равна разности теплот \(Q_н - Q_х\).

зад 11 Сопротивление резистора

Электрические цепи › Постоянный токЗакон Ома, сопротивлениеВольт-амперная характеристика, нелинейные элементысложность 1/10

На рисунке показан график зависимости силы тока, протекающего в резисторе, от напряжения на его концах. Определите сопротивление резистора.

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) Ом.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Для резистора с линейной вольт-амперной характеристикой сопротивление равно отношению \(U/I\) в любой точке графика.

зад 12 Силы Ампера

Магнетизм и индукция › Силы в магнитном полеСила АмпераМагнитное поле токовсложность 2/10

Два прямолинейных проводника помещены в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции магнитного поля \(\vec B\). Длина первого проводника равна \(L\), сила протекающего по нему тока равна \(I\). Длина второго проводника равна \(0{,}8L\), сила протекающего по нему тока равна \(0{,}5I\). Чему равно отношение \(\dfrac{F_2}{F_1}\) модулей сил Ампера, действующих на проводники?

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Сила Ампера для проводника, перпендикулярного линиям индукции, равна \(F = BIL\).

зад 13 Период колебаний контура

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

На рисунке приведена зависимость силы тока \(I\) от времени \(t\) в колебательном контуре. Каким станет период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если конденсатор в нём заменить на другой конденсатор, электроёмкость которого в 4 раза больше?

Рисунок

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad\qquad}\) мкс.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Период собственных колебаний контура \(T = 2\pi\sqrt{LC}\).

зад 14 Катушки и реостат

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияСамоиндукция, энергия магнитного поляВихревое электрическое поле, закон Фарадеясложность 3/10

Катушка № 1 включена в электрическую цепь, состоящую из источника постоянного напряжения и реостата. Катушка № 2 помещена внутрь катушки № 1 и замкнута (см. рисунок). Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы, происходящие в цепи и катушках при перемещении ползунка реостата влево. ЭДС самоиндукции пренебречь.

Рисунок

1) Модуль магнитного потока, созданного катушкой № 1 и пронизывающего катушку № 2, уменьшается.

2) Вектор индукции магнитного поля, созданного катушкой № 2, в центре этой катушки направлен от наблюдателя.

3) Сила тока в катушке № 1 уменьшается.

4) В катушке № 2 индукционный ток направлен против часовой стрелки.

5) Модуль вектора индукции магнитного поля, созданного катушкой № 1 в центре катушки № 2, увеличивается.

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Ток в замкнутой катушке № 2 меняется так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока (правило Ленца).

зад 15 Световой пучок на границе

Волновая оптика и электромагнитные волны › Электромагнитные волныЭлектромагнитные волны, излучениеЗакон преломлениясложность 3/10

Световой пучок переходит из воздуха в керосин (см. рисунок). Что происходит при этом переходе с частотой электромагнитных колебаний в световой волне и скоростью её распространения? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Рисунок

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

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

ЧастотаСкорость
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Частота волны задаётся источником и при переходе через границу не меняется; скорость света в среде зависит от её показателя преломления.

зад 16 Альфа-распад

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

Ядро изотопа полония \({}^{195}_{84}\text{Po}\) испытывает \(\alpha\)-распад, при этом образуются \(\alpha\)-частица и ядро химического элемента \({}^{A}_{Z}\text{X}\). Каков заряд \(Z\) ядра X (в единицах элементарного заряда)?

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Суммарный электрический заряд и массовое число до и после распада одинаковы; \(\alpha\)-частица – ядро гелия \({}^{4}_{2}\text{He}\).

зад 17 Бета-распад

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

Как изменятся при \(\beta^-\)-распаде ядра изотопа эйнштейния \({}^{256}_{99}\text{Es}\) массовое число ядра и заряд ядра? 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.

Массовое число ядраЗаряд ядра
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

При \(\beta^-\)-распаде нейтрон превращается в протон, испуская электрон и антинейтрино; массовое число при этом не меняется.

зад 18 Верные утверждения

Механика › КинематикаРавномерное движение, средняя скоростьИзопроцессыЗакон Ома, сопротивлениесложность 3/10

Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.

1) При равномерном прямолинейном движении за любые равные промежутки времени тело совершает одинаковые перемещения.

2) В процессе изохорного нагревания постоянной массы газа он совершает положительную работу.

3) В цепи постоянного тока при последовательном соединении резисторов чем больше сопротивление резистора, тем меньше напряжение на нём.

4) Скорость распространения инфракрасного излучения в вакууме равна скорости света в вакууме.

5) Периодом полураспада называют промежуток времени, в течение которого распадается половина исходно большого числа атомов данного радиоактивного элемента.

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

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Проверяйте каждое утверждение по определению входящей в него величины; вспомните, чему равна работа газа при постоянном объёме.

зад 19 Сила трения с погрешностью

Экспериментальная физика › Практический турИзмерения и погрешностиСила трения: покой и проскальзываниесложность 2/10

Динамометр с прикреплённым к нему бруском тянут влево, как показано на рисунке. Брусок движется с постоянной скоростью. Абсолютная погрешность измерения силы при помощи динамометра равна цене деления прибора. Запишите значение силы трения скольжения, действующей на брусок, с учётом абсолютной погрешности измерений.

Рисунок

Ответ: (\(\underline{\qquad\qquad}\) \(\pm\) \(\underline{\qquad\qquad}\)) Н.

В бланк ответов № 1 перенесите только числа, не разделяя их пробелом или другим знаком.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Цена деления – расстояние между соседними штрихами шкалы динамометра; при равномерном движении сила трения равна показанию динамометра.

зад 20 Выбор сосудов

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газУравнение состоянияИзопроцессысложность 3/10

Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость давления газа, находящегося в сосуде, от объёма газа. У него имеются пять различных сосудов с манометрами. Сосуды наполнены различными газами при различных температурах (см. таблицу). Массы газов одинаковы. Какие два сосуда необходимо взять ученику, чтобы провести исследование?

№ сосудаОбъём сосуда, лТемпература газа в сосуде, КГаз в сосуде
18300неон
210180аргон
38320аргон
412300неон
56280аргон

Запишите в ответе номера выбранных сосудов.

Ответ: \(\underline{\qquad\qquad}\).

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Для исследования зависимости давления от объёма газ должен быть один и тот же, а температура и масса – одинаковыми; меняется только объём.

зад 21 Газ на U–p диаграмме

Термодинамика и молекулярная физика › Начала термодинамикиПервый закон, работа газаТеплоёмкость, политропические процессысложность 4/10

Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, который изображён на рисунке в переменных \(U\)–\(p\), где \(U\) – внутренняя энергия газа, \(p\) – его давление. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, определите, получает ли газ положительное количество теплоты или отдаёт его в процессах 1–2 и 2–3. Ответ поясните.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Внутренняя энергия одноатомного газа \(U = \frac{3}{2}\nu RT = \frac{3}{2}pV\); сравните, как меняются \(T\) и \(V\) на каждом участке.

▶ОтветСкрыть
Ответ

В процессе 1–2 газ отдаёт количество теплоты, в процессе 2–3 газ получает количество теплоты.

▶РешениеСкрыть
Решение

Из графика следует, что в процессе 1–2 внутренняя энергия газа не изменяется, а его давление увеличивается. Так как внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется формулой \(U = \frac{3}{2}\nu RT\), температура газа постоянного количества не изменяется. Процесс является изотермическим. По закону Бойля–Мариотта \(pV = \mathrm{const}\) при увеличении давления объём уменьшается, газ совершает отрицательную работу (над газом совершается работа). По первому закону термодинамики \(Q = A + \Delta U\) при \(\Delta U = 0\) количество теплоты, передаваемое газу в этом процессе, отрицательно: газ отдаёт теплоту.

В процессе 2–3 внутренняя энергия газа прямо пропорциональна давлению: \(U = \frac{3}{2}pV\). Значит, объём газа в этом процессе не изменяется. Давление увеличивается, поэтому растёт и внутренняя энергия (температура). При неизменном объёме газ работы не совершает, и по первому закону термодинамики \(Q = \Delta U > 0\): газ получает положительное количество теплоты.

зад 22 Камень, брошенный под углом

Механика › КинематикаБаллистика: бросок под угломВертикальное движение, свободное падениесложность 4/10

Небольшой камень, брошенный с ровной горизонтальной поверхности Земли под углом \(60^\circ\) к горизонту, достиг максимальной высоты, равной 5 м. Сколько времени прошло от момента броска до того момента, когда скорость камня стала горизонтальной? Сопротивлением воздуха пренебречь.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

В верхней точке траектории вертикальная составляющая скорости равна нулю.

▶ОтветСкрыть
Ответ

1 с.

▶РешениеСкрыть
Решение

Сопротивлением воздуха пренебрегаем, на камень действует только сила тяжести, поэтому движение по вертикали равноускоренное с ускорением \(g\), направленным вниз. Выберем ось \(Oy\) вертикально вверх. Проекция начальной скорости на эту ось \(v_{0y} = v_0\sin\alpha\), а проекция скорости в любой момент \(v_y = v_0\sin\alpha - gt\).

В точке максимального подъёма скорость камня горизонтальна, значит, \(v_y = 0\), откуда \(v_0\sin\alpha = gt\). Высота подъёма \(H = \dfrac{v_0^2\sin^2\alpha}{2g} = \dfrac{gt^2}{2}\), откуда \(t = \sqrt{\dfrac{2H}{g}}\). Подставляя значения, получаем \(t = \sqrt{\dfrac{2\cdot 5}{10}} = 1\) с.

зад 23 Стержень на рельсах с катушкой

Магнетизм и индукция › Электромагнитная индукцияЭДС движения: рельсы, перемычки, рамкиСамоиндукция, энергия магнитного полясложность 5/10

По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопротивлением \(R = 1\) Ом и катушку с индуктивностью \(L = 10\) мГн, скользит поступательно и равномерно проводящий стержень (см. рисунок). Расстояние между рельсами \(l = 10\) см. Рельсы со стержнем находятся в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией \(B = 1\) Тл. При этом энергия магнитного поля катушки \(W\) постоянна и равна 8 мкДж. Каков модуль скорости движения стержня? Сопротивлением стержня и катушки пренебречь. Рельсы закреплены на диэлектрической подложке.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

ЭДС движения \(\mathcal E = Blv\); энергия катушки \(W = LI^2/2\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(0{,}4\) м/с.

▶РешениеСкрыть
Решение

При равномерном поступательном движении проводящего стержня в магнитном поле возникает ЭДС индукции \(\mathcal E_i = Blv\) (векторы скорости и индукции взаимно перпендикулярны). Так как сопротивлением катушки можно пренебречь, ток через резистор и катушку одинаков и по закону Ома равен \(I = \dfrac{\mathcal E_i}{R}\).

Энергия магнитного поля катушки с током \(W = \dfrac{LI^2}{2}\). Объединяя формулы, получаем \(W = \dfrac{LB^2v^2l^2}{2R^2}\), откуда \(v = \dfrac{R}{Bl}\sqrt{\dfrac{2W}{L}}\). Подставляя числа: \(v = \dfrac{1}{1\cdot 0{,}1}\sqrt{\dfrac{2\cdot 8\cdot 10^{-6}}{10\cdot 10^{-3}}} = 0{,}4\) м/с.

зад 24 Поршень и откачка газа

Термодинамика и молекулярная физика › Идеальный газСосуды с поршнями, газ и пружинаИзопроцессысложность 5/10

Закрытый вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом, разделён на две части тяжёлым поршнем, способным скользить без трения. В начальном равновесном состоянии в верхней и нижней частях сосуда находилось по \(\nu = 1\) моль газа, а отношение объёмов верхней и нижней частей сосуда было равно 2. После того как из верхней части сосуда полностью откачали газ, через длительный промежуток времени установилось новое состояние равновесия. Найдите отношение объёмов верхней и нижней частей сосуда после откачки газа. Температура газа \(T\) в обеих частях сосуда всё время поддерживалась одинаковой и постоянной.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Поршень в равновесии: давление газа под поршнем уравновешивает его вес. Полный объём сосуда не меняется.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(0{,}5\).

▶РешениеСкрыть
Решение

Вначале на поршень действуют: сила давления газа снизу \(p_2S\) (вверх), сила давления газа сверху \(p_1S\) (вниз) и сила тяжести \(mg\) (вниз), где \(S\) – площадь поршня, \(m\) – его масса. Поршень в равновесии, значит, \(p_2S = p_1S + mg\). Давление сверху меньше, чем снизу, поэтому объём верхней части больше объёма нижней. Пусть нижняя часть имеет объём \(V\), верхняя – \(2V\). По уравнению Клапейрона — Менделеева \(pV = \nu RT\): \(p_1 = \dfrac{\nu RT}{2V}\), \(p_2 = \dfrac{\nu RT}{V}\). Тогда \(mg = (p_2 - p_1)S = \dfrac{\nu RTS}{2V}\).

После откачки верхнего газа поршень опускается, пока давление нижнего газа не уравновесит силу тяжести: \(p\,S = mg\), то есть \(p = \dfrac{\nu RT}{2V}\). По уравнению Клапейрона — Менделеева объём нижнего газа становится \(V_2 = \dfrac{\nu RT}{p} = 2V\). Полный объём сосуда \(3V\) не меняется, поэтому верхняя часть (пустая) имеет объём \(V\). Отношение объёмов верхней и нижней частей станет равным \(\dfrac{V}{2V} = 0{,}5\).

зад 25 Нагрев воздуха в сосуде

Термодинамика и молекулярная физика › ТеплообменНагреватели, КПД нагреваТеплоёмкость, политропические процессысложность 5/10

В закрытом сосуде постоянного объёма находился воздух при нормальных условиях. Его нагрели электрическим нагревателем, сила тока в котором \(I = 2\) А при напряжении \(U = 100\) В. КПД нагревателя равен 13 %. Через \(t = 10\) мин. давление в сосуде повысилось до \(p_2 = 4\cdot 10^5\) Па. Чему равен объём сосуда? В данном процессе удельная теплоёмкость воздуха \(c = 716\) Дж/(кг·К), а его плотность при нормальных условиях \(\rho = 1{,}29\) кг/м\(^3\). Потерями тепла в окружающую среду пренебречь.

▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Нагрев в закрытом сосуде – изохорный; теплота, полученная воздухом, составляет долю \(\eta\) от работы тока.

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(0{,}021\) м\(^3\).

▶РешениеСкрыть
Решение

Сосуд закрыт и имеет постоянный объём, поэтому нагревание изохорное: \(\dfrac{p_2}{p_1} = \dfrac{T_2}{T_1}\), где \(p_1 = 10^5\) Па и \(T_1 = 273\) К – нормальные условия. Отсюда конечная температура \(T_2 = \dfrac{p_2T_1}{p_1}\), а изменение температуры \(\Delta T = T_2 - T_1 = \dfrac{T_1(p_2 - p_1)}{p_1}\).

Воздух получает количество теплоты \(Q = cm\Delta T\), где \(m = \rho V\). Работа тока \(A = UI\tau\), \(\tau = 10\) мин \(= 600\) с, КПД нагревателя \(\eta = \dfrac{Q}{A}\). Отсюда $$\eta = \dfrac{c\rho V T_1 (p_2 - p_1)}{p_1 UI\tau},   V = \dfrac{\eta  p_1 UI\tau}{c\rho T_1 (p_2 - p_1)} = \dfrac{0{,}13\cdot 10^5\cdot 100\cdot 2\cdot 600}{716\cdot 1{,}29\cdot 273\cdot 3\cdot 10^5} \approx 0{,}021 м^3.$$

зад 26 Клин с бруском

Механика › Кинематические связиКлинья и наклонные поверхностиНаклонная плоскостьсложность 6/10

Под действием постоянной горизонтальной силы \(\vec F\) клин массой \(M = 1\) кг движется по гладкой горизонтальной поверхности стола. По шероховатой поверхности клина, составляющей угол \(\alpha = 30^\circ\) с горизонтом, равномерно (относительно клина) скользит вниз брусок массой \(m = 0{,}2\) кг. Коэффициент трения между бруском и клином \(\mu = 0{,}6\). Найдите модуль ускорения клина. Сопротивлением воздуха пренебречь. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на брусок. Обоснуйте применимость законов, используемых для решения задачи.

Рисунок
▶ПодсказкаСкрыть
Подсказка

Брусок и клин движутся с одинаковым ускорением; запишите второй закон Ньютона для бруска в проекциях на оси \(Ox\) и \(Oy\).

▶ОтветСкрыть
Ответ

\(0{,}17\) м/с\(^2\).

▶РешениеСкрыть
Решение

Обоснование. Систему отсчёта, связанную с Землёй, считаем инерциальной. Брусок и клин движутся поступательно, поэтому их можно считать материальными точками. На брусок действуют сила тяжести \(m\vec g\), сила трения \(\vec F_{тр1}\) и сила реакции опоры \(\vec N_1\). На клин действуют сила тяжести \(M\vec g\), сила трения \(\vec F_{тр2}\) и реакции со стороны бруска и стола, сила \(\vec F\). Так как брусок движется относительно клина равномерно, клин и брусок относительно Земли движутся с одинаковым ускорением \(a\), и для каждого тела выполняется второй закон Ньютона в инерциальной системе отсчёта. Силы трения между бруском и клином парные, по третьему закону Ньютона они равны по модулю. Вес бруска по третьему закону Ньютона равен силе реакции опоры \(N_1\).

Рисунок

Решение. Запишем второй закон Ньютона для бруска: \(\vec F_{тр} + m\vec g + \vec N_1 = m\vec a\). Выберем оси: \(Ox\) горизонтально вправо, \(Oy\) вертикально вверх. В проекциях: $$Ox:  -N_1\sin\alpha + F_{тр}\cos\alpha = ma;   Oy:  N_1\cos\alpha + F_{тр}\sin\alpha - mg = 0.$$ Сила трения \(F_{тр} = \mu N_1\). Решая систему, находим ускорение бруска, равное ускорению клина: $$a = \dfrac{g(\mu - \operatorname{tg}\alpha)}{1 + \mu\operatorname{tg}\alpha} = \dfrac{10 (0{,}6 - \operatorname{tg}30^\circ)}{1 + 0{,}6\operatorname{tg}30^\circ} \approx 0{,}17 м/с^2.$$

Источник: ЕГЭ по физике 2024, открытый вариант ФИПИ, вариант 1 — условия. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.