Задание 20 ЕГЭ по физике

Задание проверяет умение выбирать сосуды для исследования зависимости давления газа от его молярной массы. Из уравнения pV = (m/M)RT следует: p = mRT/(MV), поэтому необходимо сохранить массу, температуру и объём газа. Подходят сосуды 3 и 5: объём каждого равен 4 л, температура — 320 К, массы одинаковы по условию, а газы разные — аргон и неон. Остальные пары не подходят, поскольку отличаются температурой или объёмом либо содержат один и тот же газ.

Ответ: 35.

Задание проверяет выбор конденсаторов для исследования зависимости электроёмкости от площади пластин.

По формуле C = εε₀S/d необходимо изменять площадь S при одинаковых расстоянии d и диэлектрике.

Конденсаторы 1 и 4 подходят: расстояние между пластинами у обоих 0,6 мм, диэлектрик — парафин, а площади различны — 20 см² и 15 см².

Конденсатор 2 имеет другое расстояние между пластинами, а конденсаторы 3 и 5 отличаются от выбранных также диэлектриком, поэтому они не подходят для такого сравнения.

Ответ: 14.

Задание проверяет выбор оборудования для определения плотности жидкости с помощью закона Архимеда.

Дополнительно нужны стакан с керосином (3) и динамометр (4).

В мензурку наливают керосин и по изменению уровня при полном погружении цилиндра определяют его объём V.

Динамометром измеряют силы натяжения при равновесии цилиндра в воздухе F₁ и в керосине F₂, не допуская касания стенок и дна.

Пренебрегая выталкивающей силой воздуха, вычисляют ρ = (F₁ − F₂)/(gV); силы подставляют в Н, объём — в м³, g — в м/с², получая плотность в кг/м³.

Бензин (1) не является исследуемой жидкостью, линейка (2) не нужна при измерении объёма мензуркой, а термометр (5) для выбранного способа не требуется.

Ответ: 34.

Задание проверяет выбор проводников для исследования зависимости сопротивления от диаметра. Для круглого проводника S = πd²/4, поэтому R = 4ρl/(πd²). Следует выбрать одинаковые материал и длину при разных диаметрах и проводить измерения при одинаковой температуре. Подходят проводники 2 и 3: оба медные длиной 200 см, а диаметры равны 0,5 мм и 1,0 мм; сопротивление проводника 2 будет в 4 раза больше. Другие пары не сохраняют одновременно материал и длину.

Ответ: 23.

Задание проверяет выбор оборудования для измерения сопротивления резистора.

По закону Ома R = U/I: напряжение U измеряют в вольтах, силу тока I — в амперах, сопротивление R получают в омах.

Вариант 1 верен: вольтметр подключают параллельно резистору для измерения напряжения, а имеющийся амперметр — последовательно с ним.

Вариант 4 верен: аккумулятор служит источником тока для цепи.

Варианты 2, 3 и 5 неверны: катушка, лампочка и конденсатор для этого измерения не требуются.

Ответ: 14.

Задание проверяет умение выбирать условия опыта для изучения зависимости объёма газа от давления. Для одного и того же газа необходимо сохранить одинаковыми массу и температуру: тогда pV = const. Подходят сосуды 2 и 5: масса газа в обоих равна 10 г, температура — 80 °C, а давления различаются — 100 кПа и 60 кПа. Сосуды 1 и 4 не подходят для сравнения между собой, поскольку давление в них одинаково; остальные пары отличаются температурой или массой газа.

Ответ: 25.

Задание проверяет умение выбирать условия опыта для исследования зависимости давления газа от абсолютной температуры.

Из уравнения pV = (m/M)RT следует: для такого опыта нужно сохранить объём, массу и вид газа, изменяя температуру.

Подходят сосуды 1 и 5: оба содержат равные массы гелия при объёме 5 л, а температуры различаются — 290 К и 320 К.

Сосуд 2 имеет другой объём, а сосуды 3 и 4 содержат азот, поэтому они не образуют подходящей пары.

Ответ: 15.

Задание проверяет умение подобрать оборудование для измерения плотности вещества.

Плотность рассчитывают по формуле ρ = m/V, поэтому необходимо измерить массу и объём шарика.

Электронные весы, позиция 1, позволяют определить массу m.

Мензурка, позиция 2, позволяет найти объём по изменению уровня воды: V = V₂ − V₁; 1 мл соответствует 1 см³.

Линейка для этого способа не требуется, термометр не измеряет массу или объём, а пружина без предварительной градуировки не позволяет определить массу.

Ответ: 12.

Задание проверяет умение планировать опыт по изучению зависимости сопротивления проводника от длины. По формуле R = ρl/S необходимо изменять длину, сохраняя одинаковыми материал, площадь поперечного сечения и температуру проводников. Проводники 1 и 3 подходят: оба медные, имеют сечение S₁, но разные длины l₁ и l₂. Проводник 2 отличается от проводника 1 сечением, а проводники 4 и 5 изготовлены из стали, поэтому сравнение с медными проводниками изменит и материал.

Ответ: 13.

Задание проверяет выбор оборудования для определения коэффициента трения скольжения.

Пункт 1 верен: деревянная рейка обеспечивает контакт стали с деревом.

Пункт 2 верен: динамометром сначала измеряют вес неподвижно подвешенного бруска P, затем силу тяги F при его равномерном скольжении по горизонтальной рейке.

При горизонтальной тяге N = P и F = Fтр, поэтому μ = F/P; обе силы измеряют в ньютонах, а коэффициент трения безразмерен.

Пункты 3 и 5 неверны: мензурка и линейка для этих измерений не нужны; пункт 4 неверен, поскольку пластмассовая рейка задаёт другую пару материалов.

Ответ: 12.

Задание проверяет умение выбирать оборудование для исследования зависимости объёма газа от температуры. Нужно изменять температуру, сохраняя одинаковыми массу газа и давление. Для одной и той же массы идеального газа при постоянном давлении V/T = const, где T — абсолютная температура. Подходят сосуды 1 и 5: давление равно 200 кПа, масса газа — 4 г, а температуры различаются: 25 °С и 35 °С. Ответ: 15.

Задание проверяет умение спланировать исследование зависимости силы Архимеда от плотности материала тела. Нужно взять полностью погружённые шарики одинакового объёма из разных материалов и использовать одну и ту же жидкость. Установки 1 и 5 подходят: в них используется вода и шарики объёмом 30 см³, изготовленные из стали и алюминия. По закону Архимеда F = ρжgV, поэтому при этих условиях сила одинакова и не зависит от плотности материала шарика. Остальные пары отличаются также жидкостью или объёмом шарика либо имеют одинаковый материал. Ответ: 15.

Задание проверяет умение выбрать условия опыта для исследования зависимости силы тока от ЭДС источника.

По закону Ома для полной цепи I = ℰ/(R + r), поэтому изменять нужно ЭДС, сохраняя внешнее и внутреннее сопротивления.

Схемы 2 и 5 подходят: внешнее сопротивление в обеих равно 2R, внутреннее — r, а ЭДС равны 2ℰ и ℰ соответственно.

Сила тока во второй цепи вдвое больше, чем в пятой; схемы 1, 3 и 4 не образуют другой пары с одинаковыми сопротивлениями и разными ЭДС.

Ответ: 25.

Задание проверяет умение выбрать цепи для исследования зависимости силы тока от внешнего сопротивления.

По закону Ома для полной цепи I = ε/(R + r), поэтому при изменении R нужно сохранять одинаковыми ЭДС ε и внутреннее сопротивление r.

Цепи 1 и 5 подходят: у обеих ε = 9 В и r = 1 Ом, а внешние сопротивления равны 5 Ом и 15 Ом.

Сила тока составит соответственно I₁ = 9/(5 + 1) = 1,5 А и I₅ = 9/(15 + 1) = 0,5625 А.

Цепи 2, 3 и 4 не подходят: для каждой отсутствует другая цепь с такими же ε и r, но иным R.

Ответ: 15.

Задание проверяет умение выбирать установки для исследования зависимости периода колебаний от жёсткости пружины. Период пружинного маятника T = 2π√(m/k), поэтому нужно изменять жёсткость k при одинаковой массе m. У маятников 1 и 4 грузы одинакового объёма 30 см³ и из одного материала — алюминия, значит, их массы одинаковы. Жёсткости пружин различаются: 40 Н/м и 80 Н/м, поэтому эта пара подходит. Маятники 2, 3 и 5 имеют другую массу груза и не позволяют сравнить периоды при неизменной массе с выбранными маятниками. Ответ: 14.

Задание проверяет умение выбирать схемы для исследования зависимости силы тока от внутреннего сопротивления источника.

По закону Ома для полной цепи I = ℰ/(R + r), поэтому нужно изменять r, сохраняя одинаковыми ЭДС ℰ и внешнее сопротивление R.

Схемы 2 и 4 подходят: у обеих ЭДС равна 3ℰ, внешнее сопротивление равно 4R, а внутренние сопротивления равны r и 2r.

Силы тока будут равны I₂ = 3ℰ/(4R + r) и I₄ = 3ℰ/(4R + 2r), поэтому увеличение внутреннего сопротивления уменьшает ток.

Схемы 1, 3 и 5 не подходят: среди представленных схем для них нет пары с одинаковыми ЭДС и внешним сопротивлением, но разными внутренними сопротивлениями.

Ответ: 24.

Задание проверяет умение выбрать установки для исследования зависимости силы Архимеда от объёма тела.

При полном погружении FА = ρжgV, где ρж — плотность жидкости, V — объём тела.

Следует сравнить тела разного объёма в одной жидкости, сохраняя остальные условия одинаковыми.

Подходят установки 2 и 4: стальные тела разного объёма полностью погружены в керосин.

Установка 1 содержит тело в воде, установка 3 также использует воду, а установка 5 — железное тело, поэтому они не образуют нужную пару с одинаковыми остальными условиями.

Ответ: 24.

Задание проверяет выбор условий опыта для исследования зависимости давления газа от его массы.

По уравнению идеального газа p = mRT/(MV), поэтому для одного газа при постоянных температуре и объёме давление прямо пропорционально массе.

Подходят сосуды 3 и 5: у обоих объём 4 л и температура 320 К, а массы аргона различаются — 10 г и 5 г.

Сосуд 1 отличается от них объёмом, сосуд 2 — объёмом и температурой, а сосуд 4 — температурой, поэтому они не позволяют выделить влияние только массы в паре с сосудом 3 или 5.

Ответ: 35.

Задание проверяет умение планировать опыт по исследованию зависимости силы тока от внутреннего сопротивления источника. По закону Ома для полной цепи I = ε/(R + r), поэтому необходимо изменять r при одинаковых ЭДС ε и внешнем сопротивлении R. Подходят цепи 2 и 4: ЭДС обеих равна 9 В, внешнее сопротивление — 8 Ом, а внутренние сопротивления составляют 0,5 Ом и 1,5 Ом. Остальные цепи не образуют пары с одинаковыми ε и R. Ответ: 24.

Задание проверяет умение выбирать контуры для исследования зависимости периода колебаний от ёмкости конденсатора.

По формуле Томсона T = 2π√(LC), поэтому нужно изменять ёмкость C при одинаковой индуктивности L.

Подходят контуры 2 и 3: индуктивность каждого равна L, а ёмкости равны 2C и C соответственно.

Контуры 1, 4 и 5 не подходят: их индуктивности отличаются от L и друг от друга.

Ответ: 23.