Электричество и магнетизм. Оптика.
Задания №15 ОГЭ по физике охватывают сразу несколько разделов физики, например, раздел электродинамики, магнитных явлений, электромагнитных колебаний. Основные сведения, необходимые для решения таких заданий, представлены в разделе теории. А часть из них можно найти в теоретических разделах заданий №№11–14, поскольку по тематике задания №15 отчасти перекликаются с ними.
Теория к заданию №15 ОГЭ по физике
Параметры линзы
Фокусным расстоянием называют дистанцию между точкой фокусировки (главного фокуса) линзы и ее оптическим центром. Обозначается фокусное расстояние обозначают лат.буквой «F» и измеряют в метрах.
Фокусное расстояние может быть как положительной, так и отрицательной величиной. F>0 для собирающих линз и меньше нуля для рассеивающих.
Обратной к фокусному расстоянию является физ.величина, называемая оптической силой. Ее обозначают буквой «D». Соответственно, формула для определения оптич.силы такова:
Единицей измерения этой физ.величины является диоптрия (обозн.: дптр).
Оптич.силой в 1 дптр считают линзу с фокусным расстоянием в 1 м. Как и фокусное расстояние, D>0 для собирающей линзы и D<0 для рассеивающей.
Закон Ома для участка цепи
Сила тока (I) на выбранном участке эл.цепи пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна величине сопротивления (R). Математически закон выражается уравнением:
Сила Ампера
Силой Ампера в физике называют силовое воздействие на проводник в магнитном поле при условии протекания в нем эл.тока.
Направление действия этой силы определяет правилом левой руки. Правило заключается в следующем: если разместить левую ладонь так, чтобы линии магн.поля входили в нее, и 4 пальца направить вдоль направления эл.тока в проводнике, то отведенный на 900 большой палец укажет направление силы Ампера (см.рисунок).
Реостат
Реостатом называется переменный резистор, т.е. прибор в котором можно произвольно регулировать – уменьшать либо увеличивать – сопротивление. Практическое назначение реостата заключается в установлении в эл.цепи желательной величины силы тока.
Основными элементами прибора являются подвижный контакт на проводящем элементе; посредством перемещения в одну или другую сторону подвижного контакта и осуществляется изменение сопротивления.
Реостат подключается в эл.цепь последовательно относительно прочих ее элементов.
Разбор типовых вариантов заданий №15 ЕГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
[su_note note_color=»#defae6″]
Человек переводит взгляд со страницы книги на облака за окном. Как при этом меняются фокусное расстояние и оптическая сила хрусталика глаза человека?
Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличивается
- уменьшается
- не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Анализируем ситуацию, описанную в условии. Выясняем характер изменения фокусного расстояния.
- Определяем связь между оптической силой и фокусным расстоянием. Выясняем характер изменения оптической силы.
- Заполняем итоговую таблицу.
Решение:
- Строение глаза человека как оптического прибора позволяет ему приспосабливаться к восприятию визуальной информации, находящейся на различном расстоянии. Это означает, что происходит фокусировка изображений в зависимости от их удаленности или, наоборот, приближенности к глазу. И, следовательно, фокусное расстояние для хрусталика (который является собирающей двояковыпуклой линзой) может быть разным, т.е. оно меняется. В данном случае оно увеличилось, поскольку взгляд переводится от книги, которую человек держит в руках, т.е. на расстоянии достаточно близком от глаз, на облака, которые значительно удалены. Вывод: в левую колонку таблицы следует записать число 1.
- Поскольку оптическая сила есть физ.величина, обратная фокусному расстоянию (D=1/F), то с его увеличением она будет уменьшаться. Соответственно, в правую колонку таблицы нужно вписать 2.
- Заполненная таблица имеет вид:
Ответ: 12
Первый вариант (Камзеева, № 1)
[su_note note_color=»#defae6″]
Ученик включил две одинаковые лампы в сеть постоянного напряжения, как показано на рисунке. Как изменится общее электрическое сопротивление сети и показание амперметра при замыкании ключа.
Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличивается
- уменьшается
- не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Анализируем схему и определяем общее сопротивление в 1-м случае, т.е. при разомкнутом ключе К.
- Выясняем, каким станет общее сопротивление во 2-м случае, т.е. при замкнутом ключе К.
- Используя з-н Ома для участка цепи, записываем формулу для расчета силы тока. Анализируем формулу и выясняем, как изменится эта физ.величина с учетом изменения сопротивления.
- Заполняем итоговую таблицу.
Решение:
1. Когда ключ К незамкнут, лампы Л1 и Л2 соединены в цепи последовательно. Это означает, что при незамкнутом К общее сопротивление R составляет: 
.
2. После замыкания К в цепи возникает дополнительная ветка в виде провода. Когда эл.ток течет просто по проводу, его сопротивление считают равным 0. Возникает ситуация, когда эл.ток может течь произвольно по одному из двух направлений (обозн. красными стрелками):
Очевидно, что большая часть тока в таких случаях идет в направлении меньшего сопротивления. Если же имеется направление нулевого сопротивления, то эл.ток гарантировано потечет именно по нему. Т.е. при замыкании ключа ток через лампу Л2 вообще течь не будет. Следовательно, 
. Делаем вывод относительно характера изменения 1-й искомой величины: общее сопротивление уменьшается.
3. По з-ну Ома для участка эл.цепи 
. Из этого уравнения следует, что при постоянном напряжении (см. условие) сила тока обратно пропорциональна сопротивлению, т.е. она увеличивается при снижении сопротивления и наоборот. Тогда получаем: поскольку сопротивление при замыкании К уменьшается, то сила тока будет увеличиваться.
4. Заполняем таблицу:
Ответ: 21
Второй вариант (Камзеева, № 7)
[su_note note_color=»#defae6″]
Две катушки надеты на железный сердечник (см. рис. 1). Через первую катушку протекает переменный ток, график зависимости которого от времени представлен на рисунке 2. Вторая катушка замкнута на гальванометр.
Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
- Заряд, прошедший через первую катушку в интервале времени от 0 до 10 с, равен 60 Кл.
- В интервале времени от 20 до 40 с в катушке 2 возникает индукционный ток.
- В интервале времени от 40 до 50 с магнитного поля в катушке 1 не возникает.
- Максимальный индукционный ток в катушке 2 возникает в интервале времени от 50 до 60 с.
- Заряд, прошедший через вторую катушку в интервале времени от 0 до 20 с, равен 60 Кл.
[/su_note]
Алгоритм решения:
1–5. Анализируем утверждения 1–5 и определяем их истинность.
6. Записываем ответ.
Решение:
- Из графика видно, что на промежутке 0–10 с (т.е. в течение 10 с) эл.ток постоянный и равен 3 А. Используя формулу
, получим: q=I·∆t. Соответственно, имеем: q=3·10=30 (Кл). Утверждение 1 неверно. - На графике показано, что в интервале 20–40 с силой тока в 1-й катушке меняется (от 3 до 2 А). Поскольку обе катушки надеты на один и тот же сердечник, то изменение силы тока в 1-й катушке повлечет за собой изменение внутри и вокруг сердечника магнитного поля, которое в свою очередь вызовет возникновение индукционного эл.тока во второй катушке. Утверждение 2 верно.
- На графике в интервале 40–50 с сила тока не меняется. И это означает, что изменения магнитного поля не происходит. Однако поскольку эл.ток (постоянный, равный 2 А) по катушке 1 протекает, то, согласно опыту Эрстеда, магнитное поле вокруг нее существует. Утверждение 3 неверно.
- Величина индукционного тока зависит от того, насколько быстро меняется вокруг проводника магн.поле. Изменение магн.поля связано с изменением эл.тока в катушке, причем чем больше изменение тока, тем больше меняется магн.поле и, соответственно, тем большим будет индукц.ток во 2-й катушке. Из графика следует, что индукц.ток возникает в катушке в интервалы 20–40 с и 50–60 с. Но поскольку изменение тока в первом случае составляет |2–3|=1 (A), а во втором – |0–2|=2 (А), то можно утверждать: на интервале 50–60 с изменение магн.поля больше, а значит, и индукц.ток здесь будет большим. И в данной ситуации это означает, что он максимален. Утверждение 4 верно.
- В интервале 0–20 с эл.ток в 1-й катушке не меняется, а это значит, что во-2-й катушке ток не возбуждается. Следовательно, во 2-й катушке движения эл.зарядов не происходит, т.е. q=0. Утверждение 5 неверно.
Ответ: 24
Третий вариант (Камзеева, № 10)
[su_note note_color=»#defae6″]
На рисунке представлена электрическая схема, которая содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещен между полюсами постоянного магнита.
Выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
- Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вверх.
- Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создает однородное магнитное поле.
- При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки А к точки В.
- При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.
- При перемещении ползунка реостата вправо сила Ампера, действующая на проводник АВ, уменьшится.
[/su_note]
Алгоритм решения:
1–5. Анализируем предложенные в условии утверждения. Определяем их истинность.
6. Записываем ответ.
Решение:
- В любом магните силовые линии направлены от северного (N) его полюса к южному (S). В данном случае (на рисунке) магнит расположен так, что северный полюс размещается над южным. И это значит, что силовые линии будут направлены по вертикали, причем вниз, а не вверх. Следовательно, утверждение 1 неверно.
- Силовые линии магн.поля, возникающего вокруг прямолинейного проводника, имеют форму замкнутых окружностей, расположенных в плоскостях, перпендикулярных направлению размещения проводника с центрами на проводнике. Т.е. линии магн.поля здесь искривлены, что указывает на его неоднородность. Вывод: утверждение 2 неверно.
- Эл.ток в проводнике всегда направлен от «+» полюса источника эл.тока к «–» его полюсу. На рисунке провод от «+» полюса соединен с т.В. Т.А соединена с «–» полюсом источника тока через реостат и ключ. Значит, ток движется по проводнику от т.В к т.А. Утверждение 3 неверно.
- Если ключ замкнут, значит, ток по цепи течет. На проводник со стороны магнита при этом действует сила Ампера. Для определения направления этой силы нужно воспользоваться правилом левой руки. Применим правило:
- Левую ладонь повернем так, чтобы силовые линии магн.поля входили в нее. В данном случае она будет размещаться в горизонтальной плоскости внутренней стороной вверх.
- Направим 4 пальца вдоль направления движения эл.тока. В нашем случае эл.ток направлен (см.п.3) от т.В к т.А, поэтому пальцы «смотрят» в сторону человека, смотрящего на рисунок. Отставленный большой палец при этом будет указывать на реостат. Т.е. сила Ампера направлена от магнита. Следовательно, утверждение 4 верно.
- При смещении ползунка вправо его сопротивление увеличивается. Соответственно, по з-ну Ома сила тока реостата при этом снизится. Сила Ампера пропорциональна силе тока, поэтому и сила Ампера в данной ситуации тоже станет меньше. Утверждение 5 верно.
Ответ: 45