Задание №22 ЕГЭ по физике


Измерительные приборы


Чтобы успешно справиться с решением задания № 22, требуется ориентироваться в комплексе устройств, используемых для различных физических величин. На основании показаний прибора нужно уметь вычислить цену деления его шкалы. Кроме этого, следует понимать, что представляет собой понятие погрешности. Сведения, необходимые для решения задания, представлены в разделе теории.


Теория к заданию №22 ЕГЭ по физике


Динамометр

Простейшим (пружинным) динамометром является механический измерительный прибор для определения силы (трения, тяжести и пр.) и момента силы. Действие прибора основано на упругих свойствах металлической пружины. Единицей шкалы пружинного динамометра является ньютон (т.е. ед.измерения силы в СИ). На практике – для промышленных и других нужд – используют динамометры с единицей шкалы в кратных и дольных ньютону единицах, например, в МН (меганьютонах), мН (миллиньютонах) и др.

Термометр

Термометром называют измерительный прибор, используемый для определения температур. Его применяют для работ в разных средах. Так, известны термометры для измерения температуры воды, почвы, тела (людей, животных), воздуха. Единицей шкалы термометров в России принято считать градусы Цельсия (оС).

Барометр

Барометр – измерительный прибор, используемый для определения значений атмосферного давления. Традиционно на барометре представлены 2 шкалы, обеспечивающие показания: 1) в мм рт.ст., 2) в паскалях (Па). Как правило, цена деления в паскалях представлена в кратных значениях Па, например, в гектапаскалях (гПа, 1 гПа=105 Па).

Амперметр

Амперметр – устройство для измерения величины силы тока (I). Соответственно, шкала прибора градуируется в амперах (А). Обозначение «А» фиксируется на приборе, указывая на то, что он является именно амперметром.

Кроме цены деления в 1 А, распространено использование дольных и кратных величин этой единицы измерения, принятой в СИ. Практикуется шкала в мкА (микроамперах), мА (миллиамперах), кА (килоамперах).

Вольтметр

Вольтметр – прибор, предназначенный для определения значений напряжения (U) и ЭДС в цепях постоянного или переменного эл.тока. Воjльтметр может иметь шкалу, градуированную в вольтах (В), а также в дольных (мВ, мкВ) и в кратных (кВ) единицах, что позволяет повышать точность измерений.

Определение цены деления измерительных приборов

Величина цены (промежутка) деления указывается на приборе. Но в некоторых случаях определить ее невозможно – когда соответствующая надпись повреждена, если видна только часть прибора и т.п. В подобных ситуациях ее приходится измерять.

Расчет цены деления осуществляется как разница пары соседних чисел на шкале прибора делится на количество промежутков, поместившихся между ними:

Погрешность

В физике под погрешностью понимают возможную неточность, допускаемую при измерении различных величин. Предельно допустимое ее значение не может превышать величину цены деления конкретного измерительного устройства.


Разбор типовых вариантов заданий №22 ЕГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра. В ответе запишите значение и погрешность слитно без пробела.

http://www.pomogala.ru/pomogala_fizika/ege_2018/img_22.1.jpg

Алгоритм решения:
  1. Определяем число промежутков между парой соседних (видимых на рисунке) чисел на измерительном устройстве. По этим значениям высчитываем цену деления.
  2. Определяем величину погрешности. Фиксируем конечное (с погрешностью) показание с амперметра.
  3. Записываем ответ в соответствующей фирме.
Решение:
  1. На рисунке видима пара значений шкалы – 0,2А и 0,4А. Число промежутков между 0,2А и 0,4А – 10. Отсюда цена деления:  .
  2. Поскольку погрешность (по условию) соответствует цене деления, то она равна 0,02А. Поэтому стрелка на приборе показывает  .

Ответ: 0,2±0,02


Первый вариант (Демидова, №8)

На производстве измеряли температуру воды. Показания термометра приведены на фотографии. Погрешность измерения температуры равна цене деления термометра. Чему равна температура воды по результатам этих измерений?

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/8_22.files/image001.jpg

Запишите в ответ показания термометра с учётом погрешности измерений.

Алгоритм решения:
  1. Определяем цену деления по паре соседних чисел на шкале и количеству делений между ними.
  2. Находим погрешность. Записываем искомое показание.
  3. Записываем ответ в требуемой форме.
Решение:
  1. Берем произвольную пару значений на шкале, например, 20 и 40оС. Подсчет между ними количества делений дает число 10. Отсюда получаем цену деления:  (оС).
  2. Учитывая, что погрешность совпадает с ценой деления (это известно из условия), определяем, что ее значение равно 2оС. Поэтому итоговое показание: (24±2) оС.

Ответ: 24±2


Второй вариант (Демидова, №9)

С помощью барометра проводились измерения атмосферного давления. Верхняя шкала барометра проградуирована в мм рт. ст., а нижняя шкала — в гектопаскалях (гПа). Погрешность измерений давления равна цене деления шкалы барометра. Чему равно атмосферное давление по результатам этих измерений (в кПа)?

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/9_22.files/image001.jpg

Запишите в ответ показания барометра с учётом погрешности измерений.

Алгоритм решения задания:
  1. Используя нижнюю – внутреннюю – шкалу, определяем цену деления. Переводим ее в кПа.
  2. Размер погрешности переводим в необходимую кратную величину. Фиксируем показание устройства в этой же кратности. Записываем его с учетом погрешности.
  3. Записываем результат в требуемой форме.
Решение задания:
  1. Из увеличенной части рисунка возьмем 2 соседних числа на шкале, скажем, 1020 и 1010. Подсчитаем между ними кол-во промежутков. Оно равно 10. Отсюда рассчитаем цену деления в гПа: . Переведем ее в кПа: 1гПа = 0,1кПа.
  2. Поскольку по условию принято, что погрешность совпадает с ценой деления, то ее нужно считать равной 0,1кПа. В соответствии с направлением стрелки фиксируем показание на приборе. Оно составляет 1019гПа. Переведем его в кПа: 1019гПа = 101,9кПа. Отсюда конечный результат:  .

Ответ: 101,9±0,1


Третий вариант (Демидова, №11)

Ученик измерял силу тяжести, действующую на груз. Показания динамометра приведены на фотографии. Погрешность измерения равна цене деления динамометра.

Запишите показания динамометра с учетом погрешности измерений.

Алгоритм решения:
  1. Вычисляем цену деления, пользуясь рисунком устройства.
  2. Определяем величину погрешности. Фиксируем итоговое показание.
  3. Записываем ответ в требуемой форме.
Решение:
  1. Берем 2 соседних значения шкалы: 1,5Н и 1Н. Подсчитываем кол-во промежутков между ними. Получаем 5 промежутков. Цена деления:  .
  2. Согласно условию задания принято, что погрешность совпадает с ценой деления. Поэтому ее размер – 0,1Н. Отсюда итоговое показание:  .

Ответ: 1,6±0,1