Задание №23 ЕГЭ по физике


Физические опыты


Для решения заданий № 23 могут потребоваться знания базовых понятий из разных разделов физики – из механики, электродинамики и др. Они описаны в теоретических разделах к соответствующим заданиям. Объединяет задания № 23 то, что они связаны с проведением физических экспериментов. Поэтому в данном случае необходимо хорошо ориентироваться в том, какие устройства, приборы и подручные средства для этого обычно используются. Некоторые из них знакомы любому человеку – линейка, мензурка и т.п. Другие, требующие понимания сложных физических явлений, описаны в разделе теории.


Теория к заданию №23 ЕГЭ по физике


Колебательный контур

Колебательный контур – замкнутая эл.цепь, в простейшем случае включающая в себя последовательно соединенные катушку и заряженный конденсатор. Такая цепь обеспечивает свободные электромагнитные колебания, возникающие в катушке за счет передачи ей заряда от обкладок конденсатора. Этот процесс представляет собой взаимное превращение эл.поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно.

На практике колебательный контур включает в себя источник тока, а также дополнительно может содержать резисторы (сопротивления), измерительные приборы и др.

Конденсатор

Конденсатор используется для проведения опытов, связанных с процессами поляризации, с исследованием диэлектрических сред, их взаимодействия с заряженными телами и т.д. Конденсатором называют устройство, состоящее из пары обкладок-проводников и малого (по сравнению с площадью обкладок) слоя диэлектрика между ними.

С помощью конденсатора производится вычисление и наблюдение динамики изменений ряда физических величин – электроемкости, напряжения эл.поля, заряда и т.д.

Катушка индуктивности

Катушка представляет собой свернутый в спираль изолированный проводник. Внутри спирали может находиться сердечник (магнитный или немагнитный). Устройство характеризуется индуктивностью (L), отличается малым сопротивлением проходящему через катушку эл.току и малой емкостью.


Разбор типовых вариантов заданий №23 ЕГЭ по физике


Демонстрационный вариант 2018

Необходимо собрать экспериментальную установку, с помощью которой можно определить коэффициент трения скольжения стали по дереву. Для этого школьник взял стальной брусок с крючком. Какие два предмета из приведённого ниже перечня оборудования необходимо дополнительно использовать для проведения этого эксперимента?

  1. деревянная рейка
  2. динамометр
  3. мензурка
  4. пластмассовая рейка
  5. линейка

 В ответ запишите номера выбранных предметов.

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу, по которой можно вычислить силу трения. Определяем величины, от которых зависит коэффициент трения.
  2. Определяем перечень оборудования, необходимый для исследования силы трения и нахождения коэффициента скольжения.
  3. Анализируем список оборудования, предложенный в условии, на предмет его необходимости в данном опыте. Находим два предмета, которыми требуется дополнить установку.
  4. Записываем ответ.
Решение:
  1. Сила трения определяется так: . Таким образом, для определения коэффициента μ необходимо определить величину массы и силы трения (g – константа).
  2. Для проведения эксперимента со стальным бруском необходима поверхность из соответствующего материала (по условию – деревянная), а также измерительный прибор для измерения необходимых для расчета величин.
  3. Деревянная рейка (№1 в приведенном списке) нужна для опыта, поскольку она представляет собой поверхность из подходящего материала, по которому требуется перемещать стальной брусок. Динамометр (№2) тоже нужен, поскольку этот прибор как раз и позволит измерить искомую силу трения и массу бруска. Мензурка (№3) в данном опыте ни к чему, поскольку она используется для опытов с жидкостями. Пластмассовая рейка (№4) не подходит, т.к. в опыте измеряется коэффициент трения между сталью и деревом, а не пластмассой. Линейкой (№5) в опыте измерять нечего, так что она тоже не нужна. Соответственно, номера дополнительных предметов – 1 и 2.

Ответ: 12


Первый вариант (Демидова, № 2)

Ученику необходимо экспериментально выявить зависимость электроёмкости плоского конденсатора от расстояния между его пластинами. На всех представленных ниже рисунках S — площадь пластин конденсатора, d — расстояние между пластинами конденсатора, ε — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами. Какие два конденсатора следует использовать для проведения такого исследования?

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/2_23.files/image001.jpg   http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/2_23.files/image002.jpg

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/2_23.files/image003.jpg

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу для емкости плоского конденсатора.
  2. Для выяснения зависимости анализируем связь между изменением емкости конденсатора в зависимости от изменения его параметров. Определяем зависимые величины.
  3. Анализируя предложенные варианты ответов, находим пару конденсаторов, соответствующих заданным критериям.
  4. Записываем ответ.
Решение:
  1. Используем формулу, в которой емкость выражена через расстояние между пластинами и площадь обкладок (поскольку именно эти величины оговорены в условии): .
  2. Для того чтобы выяснить, какова зависимость емкости от расстояния d, нужно найти соотношение емкостей такой пары конденсаторов, у которых отношение емкостей от всех остальных величин не зависят. Т.е. остальные параметры – площадь пластин S и проницаемость диэлектрической прослойки ε – у них должны совпадать
  3. Пара конденсаторов с одинаковыми значениями S и ε и разными значениями d представлена на рисунках 1 и 5.

Ответ: 15


Второй вариант (Демидова, № 5)

Необходимо обнаружить зависимость частоты свободных электромагнитных колебаний в колебательном контуре от индуктивности катушки. Какие два колебательных контура надо выбрать для проведения такого опыта?

http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/5_23.files/image001.jpg http://self-edu.ru/htm/2018/ege2018_phis_30/files/5_23.files/image002.jpg

Запишите в таблицу номера колебательных контуров.

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу для частоты колебаний.
  2. Анализируем формулу и определяем требуемые параметры контуров. Находим пару соответствующих контуров среди рисунков.
  3. Записываем ответ.
Решение:

1. В простейшем контуре частоту ω свободных колебаний можно определить, используя формулу, связывающую эту величину с их периодом, и формулу Томсона. Получаем:

.

(2) → (1): .

2. Из выведенной формулы видно, что для определения зависимости частоты колебаний от индуктивности нужны два контура с катушками различной индуктивности и конденсаторами одинаковой емкости. Этому условию соответствуют контуры под номером 1 и номером 4.

Ответ: 14


Третий вариант (Демидова, № 11)

Ученик изучает закон Архимеда, изменяя в опытах объем погруженного в жидкость тела и плотность жидкости. Какие два опыта он должен выбрать, чтобы обнаружить зависимость архимедовой силы от объема погруженного тела? (На рисунках указана плотность жидкости.)

Запишите в таблицу номера выбранных установок.

Алгоритм решения:
  1. Записываем формулу закона Архимеда.
  2. Исследуем зависимость силы Архимеда от объема тела.
  3. Записываем ответ.
Решение:
  1. З-н Архимеда выражается в виде формулы: FA=ρgV.
  2. Поскольку g=const, то FA зависит от объема V тела и плотности ρ среды. Если требуется найти зависимость именно от объема (V), значит, в разных опытах только его величина должна изменяться. Т.е. среда при этом должна быть одна и та же, что означает: жидкости в двух опытах должны иметь одинаковую плотность (ρ). Этому условию соответствуют опыты на рисунке 3 и на рисунке 4.

Ответ: 34