Удачи вам на экзамене!

Последняя задачка!

Комментарии к задачам на тему "Оптика"

Совсем тезисно:

Задача №1

Построение - на рис. Расчет производится с помощью формулы линзы.

S=6.6 см^2

Задача №2

Кружок из черного картона перекроет путь части лучей, формирующих изображение. Но не всех (см. рисунки ниже). Поэтому изображение сохранится, но станет бледнее.

Задача №3

Хищники не будут видеть рыбку, потому что она прячется в тени плота. Небо затянуто тучами, поэтому лучи приходят сверху под разными углами и преломляются (на рис. -голубой, черный, оранжевый лучи). Оранжевый луч идет вдоль поверхности воды и преломляется на наибольший угол.

Таким образом, тень треугольная, глубина h этой тени легко вычисляется  h =h=a/tg(γ)=1,76 м

Задача №4

 Яркая интерференционная полоса возникает при взаимодействии лучей, отраженных от внутренней поверхности верхней пластины и внешней поверхности нижней пластины, когда разность хода кратна длине волны (рис.1).  Не вдаваясь в подробности интерференции, можно сказать, что следующий такой максимум будет в точке, отстоящей от первой на такое расстояние l , чтобы разность хода 2h опять была кратна длине волны (рис.2).

D=(L∙λ) : (2∙l)=0.05мм

Повторяем тему "Оптика"

Кажется, в 2013 году в вариантах ЕГЭ появились довольно сложные задачи на геометрическую оптику.

Задача №1

Задача №2

Комментарии к задачам на тему "Электричество и магнетизм"

Обратите внимание, что в предыдущем сообщении добавлено 3 задачи в конце.

Итак, кратко и только о том, что сложно (время, время!). Буду выделять так физические законы и формулы необходимые для решения задачи.

Задача №1

Учитель поднес отрицательно заряженную палочку к шару электрометра - в результате явления электростатической индукции, подвижные электроны металлического шара из-за электростатического взаимодействия отошли как можно дальше (на стрелку и стержень электрометра). Стрелка и стержень электрометра отталкиваются, поэтому стрелка отклоняется.

...затем другой рукой коснулся шара электрометра, заземлив его. - для электронов появился канал, чтобы еще уменьшить взаимодействие. Они перетекли на Землю. Электрометр целиком зарядился положительно.

Далее он снял руку с шара (убрал заземление), после чего убрал и палочку - если действовать в таком порядке, электроны не вернутся. И шар и стрелка останутся заряжены положительно.

Задача №2

Используем закон Кулона.

Задача №3

Для начала нужно задуматься над тем, какие процессы будут проходить и какую роль играют различные элементы в цепи. Если бы в цепи был только конденсатор и катушка, то мы бы ожидали электрические колебания. Два конденсатора принципиально эту картину бы не изменили. А вот наличие диода сильно меняет дело. Он пропускает ток в одном направлении, это приведет к перераспределению заряда между конденсаторами, но колебаний не будет (если в цепи есть электрические колебания, направление тока периодически меняется).

Итак, заряд перераспределится. И, так как заряд никуда не девается, источника дополнительного заряда нет, записываем закон сохранения заряда (заряд до замыкания ключа равен сумме зарядов на конденсаторах спустя некоторое время после замыкания):

q10=q1+q2 или  C1∙U10=C1∙U1+C2∙U2  (уравнение 1)- использовали формулу для заряда  конденсатора.

В рассматриваемой цепи нет активных, рассеивающих энергию элементов, поэтому запишем закон сохранения энергии:

W10=W1+W2   или   (уравнение 2):

- использовали формулу для энергии конденсатора.
Решив 2 уравнения совместно, получим

 U2= 2C1∙U10/(C1+C2) =20 В

Задача №4

Здесь тоже нужно крепко подумать о происходящих процессах. При замыкании ключа из-за созданной источником разности потенциалов в цепи появится ток. Но   зарядится в конце-концов только 1-й конденсатор, так как пластины 2-го конденсатора  замкнуты через резисторы R1 и R2 и заряд стечет. Когда 1-й конденсатор зарядится до напряжения U=ε, ток станет равным нулю. Наступит равновесие.

Таким образом, 1-й конденсатор будет иметь заряд (используем формулу для заряда  конденсатора) q1= C1∙ε и энергию W1= C1∙ε^2/2  (использовали формулу для энергии конденсатора).

Сторонние силы внутри источника тока совершат работу A=q1∙ε (эдс численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда).

По закону сохранению энергии на такую же величину возрастет энергия электрического поля. Часть ее будет запасена в конденсаторе (W1), а часть (Q) рассеется при прохождении электрического тока:     q1∙ε = W1+Q. Откуда Q=0,3Дж.

Задача №5

Задача стандартная и простая. Как всегда в механических задачах, нужно правильно указать направления действующих сил (формулы для силы упругости, силы Ампера, массы проводника), записать 2-й закон Ньютона в проекциях.

Ответ: I= 10A

Задача №6

Очевидно, что по замкнутой цепи слева (в которую включен источник тока) идет ток, который можно рассчитать, используя закон Ома для полной цепи. I=ε/(R+r). Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению R внешней цепи. Если ползунок реостата двигают вниз, сопротивление R убывает ("длина" сопротивления, включенного в цепь уменьшается). Следовательно, сила тока увеличивается. Показания амперметра увеличиваются.

При изменении силы тока в цепи, изменяется магнитный поток, создаваемый катушкой слева. По закону индукции Фарадея  в правой катушке возникает эдс индукции ε_инд = -ΔФ/Δt, что и показывает вольтметр.

При остановке ползунка сила тока становится постоянной, а показания вольтметра - нулевыми.

Задача №7

При замыкании ключа в катушке возникает явление самоиндукции, поэтому ток возрастает не сразу, но в конце она достигает  значения, рассчитываемого с помощью закона Ома для полной цепи 0.3А= I=ε/R   (.r=0).  Поэтому ε=12В.  В любой момент времени напряжение на резисторе можно подсчитать, используя закон Ома для участка цепи U=I∙R/ (Ответы 3 и 5)

Задача №8

При падении магнита число силовых линий магнитного поля, пронизывающих замкнутое кольцо, изменяется и возникает явление электромагнитной индукции. По закону индукции Фарадея ε_инд = -ΔФ/Δt, в кольце  возникает эдс индукции и электрический ток  I=ε/R (.закон Ома).

При падении магнит движется с ускорением, его скорость v=gt. Поэтому при прохождении сквозь кольцо с еще малой скоростью   северного полюса скорость изменения магнитного потока меньше, чем когда сквозь кольцо на бОльшей скорости проходит южный полюс магнита. 

Задача №9

Задача на электростатическую индукцию. Нижний конец стрелки ближе,  притягиваясь сильнее, повернется к заряженной палочке.

Повторяем тему "Электричество и магнетизм"

Данная тема содержит несколько очень несхожих между собой разделов:

1. Электростатика
2. Законы постоянного тока
3. Магнитное поле
4. Электромагнитные явления

Ниже приведены задачи на проблемные моменты по каждой из тем

Комментарии по молекулярной физике и термодинамике

Буду выделять так физические законы и формулы необходимые для решения задачи.

Комментарии к задачам в предыдущем сообщении.
Задача 1.

Эта довольно простая задача - на применение уравнения Клапейрона-Менделеева. Изюминка в том, что это уравнение содержит число молей (массу) газа и может быть использовано для его подсчета. На земле данной массе газа хватало 7/8 объема шара, а на высоте газ так расширился, что часть его вышла из шара (но оставшийся газ занял весь объем шара).

.Эту задачу иногда комбинируют с вычислением подъемной силы шара (веса, который шар может поднять). Эта сила численно равна  весу вытесненного из оболочки  воздуха за вычетом веса водорода в оболочке. Посчитайте - у меня получилось около Земли шар поднимет груз весом 785 Н, а на высоте -чуть меньше.
Кроме того, можно посмотреть задачу №9 на странице.

 Задача 2.

-также несложная задача на уравнение Клапейрона-Менделеева и закон Дальтона. При наличии полупроницаемой перегородки, газ, который она пропускает, равномерно займет весь доступный объем. Соответственно условиям задачи:

Давление каждого газа можно рассчитать независимо с помощью уравнения Клапейрона-Менделеева, подставляя соответствующий объем: для водорода - V, азота -2V/3, кислорода -V/3. 

Давление же в каждой части сосуда, согласно закону Дальтона (давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений), определяется суммой давлений присутствующих газов. В левой части - давлением водорода р1=р(Н) =1,3 МПа, в центре р2=р(Н)+р(О2)+р(N2) =2,9 МПа, в правой части р3=р(Н)+р(N2) =1,6 МПа.

В Интернете вы можете встретить задачи, в которых в перегородке, в целом непроницаемой, имеется отверстие, диаметр которого меньше длины свободного пробега молекул газа (или просто "очень мало"). В таких случаях возникает явление эффузии. Задачи такого сорта - вузовские или олимпиадные. На ЕГЭ их не будет, не теряйте время.

 Задача 3.

Я уже где-то писала, что качественные задачи являются самыми сложными для школьников. Они подкупают своей кажущейся простотой. Не покупайтесь. Решайте такую задачу во 2-й части последней, чтобы исписав пол листа, не получить за это 0 баллов (как часто бывает).

В чем же дело? А дело в том, что решение будет засчитано, если вы не просто напишите, что будет происходить (предсказать это, обычно, достаточно просто), а укажете, почему это происходит.

Вот и в данной задаче

Ну как, всё предсказали и обосновали? 

 Задача 4.

Решение этой задачи вы легко найдете в Интернете, например, здесь.

Однако, хочется сделать несколько замечаний.

Во-первых, задача на термодинамику без учета 1 начала термодинамики не обходится. Также редко обходится без уравнения Клапейрона-Менделеева и формул для внутренней энергии и работы газа.

Во-вторых, 1 начало термодинамики всегда записывайте единообразно, лучше так

Q = A +  ΔU

т. е. количество теплоты, переданное газу, идет на совершение газом работы и изменение его внутренней энергии. И никаких работ внешних сил А'! Иначе - запутаетесь. При необходимости, получив значение работы газа А, используйте соотношение  А'=-А.

В-третьих, запомните основные особенности изопроцессов (см. таблицу "ПРИМЕНЕНИЕ 1 ЗАКОНА (НАЧАЛА) ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ (ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ)" здесь). Она поможет сориентироваться в трудную минуту и определить, как меняются характеристики газа.

В-четвертых, обратите внимание, что работу газа по формуле А=p∙ΔV можно считать только при изобарическом процессе (при p=const и вообще, в механике A=F∙S при F=const).  В общем случае работа равна площади под зависимостью p(V) в координатах p-V:

На этом рисунке работа газа равна площади ABCD, ее знак зависит от направления процесса. При A->B работа положительна, при В->А -отрицательна. В общем случае она рассчитывается как интеграл. Но, если зависимость АВ прямая - можно посчитать площадь этой фигуры из геометрических соображений.






Например, в рассматриваемой задаче в приводимом обычно решении
А12=S(треугольника 0-2-D)- S(треугольника 0-1-С),
а более универсально ее считать как площадь фигуры под процессом:  А12=p0∙ΔV+(p2-p0)∙ΔV/2.
Убедитесь, что результат одинаков.


 Задача 5.

Эта задача на тепловое равновесие была выбрана за экзотичность формулировки. В сущности, в части термодинамики,  такая же задача про калориметр. Только нужно понимать, что время удара настолько  мало, что шар не обменивается энергией с окружающей средой.  Учтя всевозможные формулы  механической энергии, 1 начало термодинамики и количество теплоты, необходимое для нагревания всего шара и плавления его части, имеем:

где m1-масса расплавившейся части, λ -удельная теплота плавления. Из записанного уравнения можно выразить и подсчитать скорость V=306 м/с. 

Решая задачи на тепловой баланс, обратите внимание на отличный обобщающий рисунок в конце  статьи под названием "Последовательность процессов роста температуры Т и изменения агрегатного состояния вещества при нагревании и обратных переходах при охлаждении". Он поможет решать задачи на расчет термодинамического баланса в системах, где смешивают вещества в различных агрегатных состояниях. 

Единственно, решая такие задачи, помните, что количество теплоты на завершение процесса плавления, превращения в газ может не хватить и он остановится. Подсчитывайте расходуемое количество теплоты отдельно и сравнивайте с выделяющимся, например, как здесь. И не теряйте здравого смысла: если ваши героические расчеты при плавлении льда дали температуру ниже нуля, значит, что-то пошло не так (но не у льда).

Решаем задачи по темам "Молекулярная физика" и "Термодинамика"

Задача 1.
Оболочка аэростата, находящегося на  Земле, на k=7/8 наполнена водородом  при температуре T=17оС. Аэростат подняли на некоторую высоту, где давление p2=80 кПа и температура Т2=-3оС. Какова  масса m водорода, вышедшего через клапан из оболочки при его подъеме. Объем оболочки 800 м^3, атмосферное давление на поверхности p1=100 кПа.

Задача 2.

Задача 3.

Задача 4.

Задача 5.

С какой скоростью должно быть брошено вертикально вниз с высоты 350 м свинцовое тело, чтобы при неупругом ударе о Землю 5% его массы расплавилось.Считать, что 80% энергии тела пошло на его нагревание. Начальная температура тела 300 К, температура плавления 600 К, удельная теплоемкость 130 Дж/(кг*К), теплота плавления 25 кДж/кг.

Не забудьте перечислить  физические законы и формулы, которые необходимы для решения задачи.

Кроме того, настоятельно рекомендую прорешать задачи на насыщенные пары.

Задачи по молекулярной физике и термодинамике также разбирались на следующих страницах данного блога:
страница 1
страница 2

Полезные ссылки:
Классификация задач по молекулярной физике
Материалы для подготовке к ЕГЭ на сайте рождественскаяфизика.рф 

Комментарии - раздел Механика

Прошу прощения, что сразу написать не получилось, постараюсь не тянуть впредь. Буду выделять так физические законы и формулы необходимые для решения задачи.

Комментарии к задачам на тему "Механика"

Задача 1.
Простая задача на относительность движения, но очень хороша для повторения. Преобразования Галилея дают простые соотношения для скоростей: по течению vl+u=v, vl-v=3v (vl-скорость лодки относительно воды; u-скорость течения). Из этих соотношений легко найти скорости. Что касается минимального времени, за которое лодка может переплыть реку, то нужно понимать, что вектор скорости лодки относительно земли всегда складывается из вектора скорости течения (всегда направленного вдоль реки) и вектора скорости лодки относительно воды. Скорость течения в таком случае на время форсирования реки никак не влияет. Значит, нужно вектор скорости лодки развернуть так, чтобы переплыть быстрее - то есть, перпендикулярно течению. t=L/vl=L/2v.

Задача 2.
Задача на равномерное движение по окружности. Я уже отмечала, что задачи такого плана -простые, но почему-то плохо решаются школьниками.

Для решения необходимо использовать закон всемирного тяготения, формулу центростремительного ускорения, соотношение массы, объема и плотности тела, соотношение скорости и периода обращения. Обратите внимание, что формула для 1-й космической скорости не считается известной, ее нужно вывести из закона всемирного тяготения, как минимальную скорость вращения на высоте, равной радиусу планеты.

Нужно сказать, что задачу можно решить, не зная соотношения скоростей. Дело в том, что соотношение скоростей, с одной стороны, можно получить из закона всемирного тяготения, с другой - из соотношения периода и скорости. Приравняв Vп/Vз, полученное двумя способами и учтя соотношение периодов, получаем тот же ответ.

Задача 3.

Действительно сложная задача. Здесь нужно понять, что скорость в точке отрыва не равна нулю. Нужно хорошо понимать, что движение по окружности происходит, пока есть равнодействующая центростремительная сила, создающая центростремительное ускорение. Как только равнодействующая сила (сумма сил, действующих на тело) становится по величине меньше нужной для создания такого ускорения, тело меняет траекторию (в данном случае – падает). Непосредственно перед отрывом силы реакции опоры уже нет, а движение по окружности обеспечивает составляющая силы тяжести.

Для решения необходимо использовать второй закон Ньютона, закон сохранения энергии, формулу центростремительного ускорения.

Ответ N=0,386Н. Решение приведено здесь.

Задача 4.
Простая и изящная задача на законы сохранения энергии и импульса.

Закон сохранения импульса записываем в проекциях на горизонтальную ось, причем, импульс системы в данный момент (шайба на малой горке) Mu-mv равен импульсу до начала движения Mu-mv=0. Закон сохранения энергии учитывает кинетические энергии горки и шайбы и потенциальную энергию шайбы в данный момент. Эта сумма равна потенциальной энергии шайбы до начала движения.

Ответ m/M=(3gh/v^2)-1

Для полноты картины задач на механику, обязательно разберите задачу о беспокойном рыбаке.

Последний рывок!

Дорогие ребята!
Вот и прошли обязательные экзамены и замаячил довольно близко ЕГЭ по физике.
Предлагаю порешать сложные задачи и обсудить, как не потерять драгоценные баллы по небрежности.

Предлагаю такой стиль работы: я выкладываю текст задач и вопросы (соответствующие тому, что проверяют эксперты). Вы по мере возможности - отвечаете (хотя бы "про себя" , но можно зарегистрироваться в Google и отвечать в комментариях). Потом я публикую ответы и новые вопросы.

Помним, что при проверке расчетных задач эксперт руководствуется следующими критериями:

Попробуем реализовать их для следующих задач из механики:

Задача 1.

Задача 2.

Задача 3. 

Задача 4.

Вопросы к вам:
1. К какому разделу механики относится задача?
2. Уясните, почему тела движутся так, как сказано в задаче, какие силы на них действуют, каков характер движения?
3. Какие физические законы и формулы необходимы для решения задачи?
4. Нарисуйте поясняющий рисунок к задаче с указанием скоростей (для задачи №1), действующих сил (для задач №2-3).


Задачи по механике также разбирались на следующих страницах данного блога:
страница 1
страница 2
страница 3
страница 4

Вы можете прислать свои задачи для разбора.

Рекомендую сайт    http://mathus.ru/phys:
Базовый курс физики: подготовка к ЕГЭ (теория)


 До завтра!