Качественные задачи на ЕГЭ по физике

Качественные задачи на ЕГЭ по физике — это задания, которые требуют глубокого понимания физических явлений и умения объяснить процессы без сложных расчётов. Они проверяют способность применять законы физики на практике и логически анализировать происходящее.

Максимальный балл, который можно получить за решение задачи, — 3.

Для кого эта статья:

• ученики старших классов, готовящиеся к ЕГЭ по физике
• абитуриенты, интересующиеся подготовкой к экзаменам
• педагоги и репетиторы, желающие использовать материалы для занятий

Алгоритм решения качественных задач

1. Чётко определяйте физический смысл задачи. Прочтите условие и подумайте, о каком явлении идёт речь.
2. Выделите ключевые законы и формулы. Задачи во второй части требуют анализа, а не просто подстановки в формулу, поэтому запомните основные законы и принципы для каждого раздела физики: механики, электродинамики, термодинамики и др.
3. Запишите кратко условия задачи и промежуточные выводы — это помогает структурировать мысли и упрощает поиск решения.
4. Применяйте логику и общие закономерности. Порой задача требует выявить тенденции или поведение системы при определённых условиях. Например, в термодинамике это может быть зависимость температуры от давления, в электродинамике — характер изменения силы тока при замыкании цепи.
5. Вспомните похожие примеры или задачи, которые уже решали. Аналогия с известными законами или типичными ситуациями иногда позволяет понять суть задачи.
6. Проверяйте полученные выводы на простых случаях. Иногда помогает задать более простые условия для задачи и проверить, выполняется ли в них ваш ответ. Это повышает вероятность верного решения.
7. Запишите обоснования строго и последовательно, используя схемы и ключевые формулы, чтобы аргументировать ответ.

Давайте разберём решение некоторых качественных задач по физике из разных разделов.

Механика

Задача 1

Лёгкая нить, привязанная к грузу массой m = 0,3 кг, перекинута через идеальный неподвижный блок. К правому концу нити приложена постоянная сила . Левая часть нити вертикальна, а правая наклонена под углом 30 градусов к горизонту.

Постройте график зависимости модуля силы реакции стола N от F на отрезке 0 ≤ F ≤10 Н. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Сделайте рисунок с указанием сил, приложенных к грузу.

Решение:

Для решения этой задачи необходимо вспомнить законы Ньютона, уметь находить равнодействующую силу и знать, какие преимущества даёт использование неподвижного блока.

Определим, какие силы действуют на груз: сила , сила тяжести , сила реакции опоры со стороны стола и сила натяжении нити .

1. Если сила достаточно мала, то груз будет покоится относительно стола, следовательно ускорение и равнодействующая сила будут равны нулю: a = 0; F_равн = 0.

   Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось OY: N + T − mg = 0.

   Так как используется идеальный неподвижный блок и лёгкая нить, модуль силы натяжения нити будет одинаков во всех точка, а значит T = F.

   Тогда N = mg − F (N ≥ 0, при условии что сила меньше силы тяжести).

2. Если сила , груз будет отрываться от стола и двигаться с ускорением вдоль оси OY. Но тогда на груз будут действовать только сила тяжести и сила натяжения нити, а сила реакции опоры N = 0.

   

График зависимости силы реакции опоры от силы , может выглядеть следующим образом:

Задача 2

На шероховатой горизонтальной плоскости лежит маленькая шайба массой m = 0,1 кг. Ей мгновенно сообщают импульс p₀ = 0,6 кг · м/с в горизонтальном направлении. Коэффициент трения шайбы о плоскость равен μ = 0,5. На каком расстоянии S от начального положения шайба остановится?

Постройте график зависимости модуля скорости V шайбы от ее координаты x, отсчитанной от начального положения шайбы в направлении движения.

Решение:

Чтобы решить эту задачу, необходимо повторить темы «Закон сохранения импульса», «Сила трения».

1. Рассчитаем начальную скорость шайбы, выразив её из формулы для импульса: p = mv, тогда v = 6 м/с.

2. Тогда кинетическая энергия шайбы в начале пути будет равна: Дж

3. Шайба перемещается по шероховатой горизонтальной плоскости. Во время движения, на неё действует сила трения: H

4. Сила трения совершает отрицательную работу, уменьшая начальную кинетическую энергию шайбы вплоть до полной её остановки. Тогда составим равенство:

   м

Для построения графика зависимости модуля скорости шайбы от её координаты x необходимо учесть, что движение шайбы — равнозамедленное, v₀ = 6 м/с, s = 3,6 м.

График можно построить по точкам, тогда необходимо знать значение скорости в других координатах. Для этого расчёта воспользуемся формулами:

Полученный график будет выглядеть следующим образом:

263.2K

Какая профессия тебе подходит? Узнай за 10 минут!

Получи больше пользы от Skysmart:

• Подтяни оценки на курсах по физике

• Выбирай из 890+ репетиторов по физике

• Записывайся на бесплатные курсы для детей

Молекулярная физика и термодинамика

Задача 1

Цилиндрический сосуд разделен лёгким подвижным поршнем на 2 части. В одной части сосуда находится аргон, в другой  — гелий. Концентрация атомов аргона в 4 раза больше, чем атомов гелия. Поршень может двигаться в сосуде без трения. Определите отношение средней кинетической энергии теплового движения атома аргона к средней кинетической энергии теплового движения атома гелия при равновесии поршня

Решение:

Чтобы решить эту задачу, необходимо повторить темы «Основные положения МКТ» и «Идеальный газ».

1. По условию задачи трение между поршнем и стенками сосуда отсутствует. В таком случае движение поршня будет продолжаться, пока давление газов не уравновесятся.
2. Вспомним формулу для определения давления идеального газа: .
3. Выразим из неё среднюю кинетическую энергию молекул: . Мы видим, что зависимость между кинетической энергией и концентрацией молекул газа обратно пропорциональная. А значит, раз концентрация аргона в 4 раза больше концентрации гелия, то средняя кинетическая энергия молекул гелия в 4 раза больше, чем средняя кинетическая энергия молекул аргона.

Задача 2

На рисунке представлен график процессов, происходящих с идеальным газом неизменной массы в координатах (n, p). Постройте график этих процессов в координатах (V, T). Опишите используемые при построении закономерности.

Решение:

Чтобы решить эту задачу, необходимо повторить газовые законы в МКТ.

Проанализируем исходный график:

1. На графике представлена зависимость концентрации газа от его давления.
2. На первом участке концентрация газа не менялась, а значит, не менялся и объём данного газа, то есть процесс изохорный. Этому процессу соответствует закон Шарля, где . Если давление газа при неизменном объёме увеличилось, в такое же количество раз увеличится и его температура.
3. На втором участке графика видно, что давление прямо пропорционально концентрации газа. Согласно уравнению состояния идеального газа, p = nkT. Эта зависимость показывает, что температура T остаётся постоянной, значит, процесс на данном участке является изотермическим.
4. Тогда по закону Бойля-Мариотта pV = const можно сделать вывод, что при увеличении давления объём газа на этом участке уменьшается.

Подытожим: на первом участке графика объём постоянный, температура увеличивается; на втором участке графика температура постоянная, объём уменьшается.

Электродинамика

Задача 1

В электрической схеме при замкнутом ключе К через резистор R протекает ток силой 0,2 А, а через катушку индуктивности L  — ток 20 А. Ключ К размыкают. Как изменится (и изменится ли) ток через резистор по модулю и по направлению?

Решение:

При замкнутом ключе электрический ток идёт от положительного полюса источника к отрицательному.

После размыкания ключа, когда напряжение от источника исчезает, в катушке индуктивности по правилу Ленца возникает ЭДС самоиндукции, которая поддерживает ток. Из-за этого ток не исчезает мгновенно. Направление тока в катушке остаётся прежним, хотя его величина постепенно уменьшается. В это время через резистор ток будет течь в обратном направлении.

Ответ: ток через резистор изменит направление и будет уменьшаться от 20 А до нуля.

Задача 2

На металлической пластинке, которая находится на земле, лежит металлический шарик. Над ним параллельно земле расположена другая пластинка, подключённая к клеммам высоковольтного выпрямителя, на который подают отрицательный заряд. Опираясь на законы механики и электростатики, объясните, как будет двигаться шарик.

Решение:

Поскольку пластина и шарик сделаны из металла, в них присутствуют свободные носители заряда — электроны. Под действием заряда, находящегося на верхней пластине, шарик и нижняя пластина приобретают положительный заряд, как показано на рисунке, при этом отрицательный заряд «стекает» в землю. Это явление называется электростатической индукцией.

Под влиянием кулоновской силы шарик притянется к верхней пластине, где при соприкосновении получит отрицательный заряд, это процесс электризации через касание. После этого заряженный шарик начнет отталкиваться от одноимённо заряженной верхней пластины и опустится на нижнюю, где снова станет положительным, а избыток отрицательного заряда «уйдёт» в землю.

Этот процесс будет продолжаться бесконечно, и шарик будет колебаться между пластинами, пока на верхнюю пластину подаётся отрицательный заряд.

Разобраться в нюансах решения качественных задач за один раз невозможно. Приглашаем вас на курс подготовке к ЕГЭ в онлайн-школу Skysmart. Мы повторим все важные физические законы и правила, научимся эффективно решать задачи любой сложности и разберем типовые ошибки, которые могут повлиять на баллы на экзамене. Под руководством опытных преподавателей вы сможете уверенно освоить все необходимые темы и подойти к ЕГЭ без страха!