Бесплатный интенсив по физике
3 огненных вебинара, домашние задания, беседа курса, личный кабинет, связь с преподавателем и
многое другое.
Курс стартует 26 марта.
Подробнее об интенсиве
Задание 14. Электродинамика. Анализ физических процессов. ЕГЭ 2024 по физике
Средний процент выполнения: 62.2%
Ответом к заданию 14 по физике может быть целое число или конечная десятичная дробь.
Задачи для практики
Задача 1
В квартире горят три лампочки мощностью 45 Вт, 75 Вт и 110 Вт. Напряжение и время горения одинаковые. Выберите два верных утверждения. (Учтите, что электропроводка в квартире устроена так, что электроприборы в подключаются параллельно)
- Наибольшее количество теплоты выделяет лампочка мощностью 45 Вт.
- Наибольшее количество теплоты выделяет лампочка мощностью 110 Вт.
- Каждая лампочка выделяет одинаковое количество теплоты, так как время горения и напряжение одинаковое.
- Электрическое сопротивление лампочки мощностью 110 Вт наибольшее.
- Электрическое сопротивление лампочки мощностью 45 Вт больше, чем у других ламп.
Решение
2) Наибольшее количество теплоты выделяет лампочка мощностью $p=110$Вт, т.к. $P={Q}/{t}⇒Q=P·t$, т.к. время одинаково, то наибольшее количество теплоты выделяет лампочка с большей мощностью.
5) Поскольку мощность $P=J·U={U}/{R}·U={U^2}/{R}$, то отсюда имеем, что $R={U^2}/{P}$, значит, чем меньше мощность лампочки, тем больше сопротивление при $U=const$.
Задача 2
Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на рисунке. Выберите все верные утверждения.
- Изменение ЭДС индукции, наводимой в катушке, верно изображено на рисунке а).
- ЭДС в точке а больше ЭДС в точке б.
- ЭДС определить невозможно, так как всё время ЭДС меняется.
- Изменение ЭДС индукции, наводимой в катушке, верно изображено на рисунке б).
- Модули ЭДС в точках а и б равны.
Решение
Согласно закону электромагнитной индукции: $ε_i=-{∆Ф}/{∆t}$, то изменение ЭДС индукции, проводимой в катушке, верно изображено на рисунке б. Модули ЭДС в точках а и б равны, так как скорость изменения магнитного потока одинакова.
Задача 3
Конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения через сопротивление R = 10 кOм, как показано на рисунке. В момент времени t = 0 ключ замыкают. Результаты измерений напряжения между обкладками конденсатора представлены в таблице. На основании схемы и данных таблицы выберите все верные утверждения.
| t, c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| U, B | 0 | 3,8 | 5,2 | 5,7 | 5,8 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
- Сила тока через конденсатор в момент времени t = 5 с максимальна.
- Через 5 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился.
- ЭДС источника тока составляет 2,2 В.
- В момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,3 В.
- В момент времени t = 2 с сила тока в цепи равна 520 мкА.
Решение
Дано:
$К=10$кОм
$t=0$
Решение:
1,2. Конденсатор полностью зарядится, когда напряжение на нём перестанет увеличиваться, t=5с - время полной зарядки конденсатора. 2- верно. Когда конденсатор полностью заряжен, ток в цепи не течёт, поэтому 1 - неверно.
3. ЭДС источника тока равно напряжению на нагрузке. В момент времени t>5c тока в цепи нет, значит напряжение на резисторе $U_R=0$, поэтому ЭДС равно напряжению на конденсаторе: $ε=U_C$. 3 - неверно.
4. В момент $t=3c$: $U_R=ε-U_c; U_R=6-5.7=0.3B$.4 - верно
5. Сила тока в цепи равна силе тока через резистор: $I={U_R}/R$. В момент времени t=2 c. напряжение на резисторе $U_R=ε-U_{С(t=2с)}; U_R=6-5.2=0.8$ B. Тогда $I={0.8В}/{10^4Ом}=80$ мкА. 5 - неверно
Задача 4
В катушке индуктивностью 3 мГн сила тока I зависит от времени t, как показано на графике, изображённом на рисунке. Используя этот график, из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения о процессах, происходящих в катушке.
- Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, максимален в интервале времени от 0 с до 1 с.
- В интервале времени от 0 с до 0,5 с в катушке накапливается энергия магнитного поля, равная 6 мДж.
- Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, в интервале времени от 2 с до 3 с равен 4,5 мВ.
- Модуль ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке, максимален в интервале времени от 1 с до 2 с.
- Магнитное поле около катушки минимально в интервале времени от 0 с до 1 с.
Решение
Дано:
$α=3·10^{-3}$Гн
$I(t)$
Решение:
Из графика, модуль ЭДС самоиндукции в интервале от 0 до 1 - максимален, т.к. максимальная $∆I'=I_2-I_1$, а в интервале 2-3 $ε_i=-L{∆I}/{∆t}=3·{1.5}/{1}=4.5$мВ.
Задача 5
Ученик провёл эксперимент по изучению электрического сопротивления металлического проводника, причём в качестве проводника он использовал железные и алюминиевые проволоки разной длины и толщины. Результаты экспериментальных измерений площади поперечного сечения S и длины l проволоки, а также электрического сопротивления R представлены в таблице.
| № опыта | Материал | S, мм2 | l, м | R, Ом |
| 1 | алюминий | 0,1 | 1,6 | 0,48 |
| 2 | алюминий | 0,2 | 6,4 | 0,96 |
| 3 | железо | 0,1 | 1,6 | 2,1 |
| 4 | железо | 0,2 | 1,6 | 1,05 |
Из предложенного списка выберите два утверждения, соответствующих экспериментальным наблюдениям. Укажите их номера.
- При уменьшении длины проводника его электрическое сопротивление увеличивается.
- При увеличении толщины проводника его электрическое сопротивление уменьшается.
- Электрическое сопротивление проводника уменьшается при увеличении длины проводника.
- Электрическое сопротивление проводника зависит от материала, из которого изготовлен проводник.
- Удельное электрическое сопротивление алюминия больше, чем железа.
Решение
Из теории о постоянном токе $R=ρ·{l}/{S}$, тогда при увеличении толщины проводника, его электрическое сопротивление уменьшится, а электрическое сопротивление проводника зависит от материала, из которого изготовлен проводник.
Задача 6
Ученик, изучая преломление света, пускает лазерный луч на границы раздела «воздух–алмаз», «воздух–стекло», «воздух–глицерин». (sin 28◦ = 0,47; sin 22◦ = 0,37; sin 17◦ = 0,29). Выберите из предложенного ниже списка два утверждения, соответствующих результатам опыта.
- Угол преломления не зависит от свойств преломляющей среды.
- Показатель преломления алмаза наибольший.
- Показатель преломления стекла наименьший.
- Показатель преломления глицерина равен 1,5.
- Угол преломления не зависит от угла падения.
Решение
Исходя из проведенного опыта, угол преломления алмаза наибольший, т.к. $n_{ал}$ - показатель наибольший. А показатель глицерина ${n_в}/{n_г}={sin45°}/{sin28}=1.5$.
Задача 7
Ученик проводил опыты с собирающими линзами, изготовленными из одинакового сорта стекла. Условия проведения опытов показаны на рисунке. AB — предмет, A′ B′ — его изображение. Выберите из предложенного списка два утверждения, соответствующих результатам проведённых экспериментальных наблюдений.
- Наибольшее фокусное расстояние имеет линза 2.
- Наименьшее фокусное расстояние имеет линза 3.
- По отношению к линзе 3 предмет располагается в двойном фокусе.
- Собирающие линзы дают только действительные изображения.
- Собирающие линзы дают только увеличенные изображения.
Решение
Из основ оптики мы знаем, что для собирающей линзы с наименьшим фокусным расстоянием, изображение будет ближе к линзе(2). А расстояние 2 фокуса в том случае, если высота предмета и изображения одинакова(3).
Задача 8
На рисунке изображены главная оптическая ось линзы, точка A и её изображение точка A′ . Какая линза использовалась и какое изображение при этом получилось? Выберите из предложенного списка два утверждения, соответствующих результатам опыта.
- Линза рассеивающая, изображение мнимое, прямое, уменьшенное.
- Линза рассеивающая, изображение мнимое, обратное, увеличенное.
- Линза собирающая, изображение действительное, обратное, уменьшенное.
- Линза собирающая, изображение действительное, обратное, увеличенное.
- Линза собирающая, т.к. по условию изображение и источник расположены по разные стороны от главной оптической оси.
Решение
Исходя из основ оптики можем сделать очевидный вывод: линза собирающая, изображение действительное, обратное, уменьшенное, т.к. условие изображения и источник расположены по рзаные стороны от главной оптической оси.
Задача 9
С использованием закона Фарадея для электромагнитной индукции ($E_{инд} = -{∆Φ}/{∆t}$) можно объяснить ... Выберите из предложенного перечня два верных утверждения.
- отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током
- притяжение железной детали к электромагниту
- появление тока в замкнутой катушке в процессе опускания в неё постоянного магнита
- поворот рамки с током в магнитном поле
- работу трансформатора
Решение
Исходя из закона Фарадея $ε=-{∆Ф}/{∆t}$ и школьных опытов, можно объяснить появление тока в замкнутой катушке в процессе опускания магнита ($∆Ф$) - 3, а также принцип работы трансформатора.
Задача 10
В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменялся заряд одной из обкладок конденсатора в колебательном контуре с течением времени.
| t, 10−6 c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| q, 10−9 мкА | 2 | 1,42 | 0 | −1,42 | −2 | −1,42 | 0 | 1,42 | 2 | 1,42 |
Выберите все верные утверждения о процессе, происходящем в контуре.
- Период колебаний равен 8 мкс.
- В момент времени 8 мкс энергия конденсатора минимальна.
- В момент времени 6 мкс сила тока в контуре максимальна.
- В момент 2 мкс сила тока в контуре равна 0.
- Частота колебаний равна 25 кГц.
Решение
1) Период колебаний $8·10^{-6}$ c, верно, т.к. данные для заряда начинают повторяться через $8·10^{-6}$ c.
3) В момент $t=2·10^{-6}$. Сила тока в контуре максимальная, верно, т.к. заряд конденсатора минимален.
Задача 11
Конденсатор подключён к идеальному источнику тока последовательно с резистором R = 10 кОм. В момент времени t = 0 ключ замыкают. В этот момент конденсатор полностью разряжен. Результаты измерений силы тока в цепи, выполненных с точностью ±0,5 мкА, представлены в таблице.
| t, c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| I, мкА | 300 | 110 | 40 | 15 | 5 | 2 | 1 |
Выберите два верных утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.
- Ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается.
- Через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился.
- ЭДС источника тока составляет 3 В.
- В момент времени t = 4 с напряжение на резисторе равно 0,3 В.
- В момент времени t = 4 с напряжение на конденсаторе равно 2,95 В.
Решение
1) Ток через резистор, судя по таблице, в процессе наблюдения уменьшается (не подходит).
2) Через 6с после замыкания ключа конденсатор зарядился не польностью, т.к. при полной зарядке сила тока в цепи была бы равна нулю (не подходит).
3) По закону Ома: $J={ε}/{R}⇒ε=J·R=300·10^{-6}·10^4=3B$ (подходит).
4) В момент времени $t=4c$, напряжение на резисторе равно: $U_R=J·R=5·10^{-6}·10^4=5·10^{-2}=0.05B$ (не подходит).
5) Напряжение на конденсаторе в момент времени $t=4с$: $U_c=ε-U_R(4c)=3-0.05=2.95B$ (подходит).
Задача 12
Конденсатор подключён к источнику тока последовательно с резистором R = 10 кОм. Результаты измерений напряжения между обкладками конденсатора представлены в таблице. Точность измерения напряжения ∆U = ±0,1 В.
| t, c | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| U, В | 0 | 3,8 | 5,2 | 5,7 | 5,9 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
Выберите все верные утверждения на основании анализа приведённых данных.
- В момент времени 2 с сила тока в цепи равна примерно 520 мкА.
- При напряжении 6 В конденсатор пробивается.
- Время зарядки конденсатора составляет примерно 5 с.
- В момент времени 2 с сила тока в цепи равна примерно 80 мкА.
- Напряжение на конденсаторе всегда равно напряжению на резисторе.
Решение
В момент времени 2с сила тока в цепи равна: $J={ε-U(2c)}/{R}$. Из таблицы видно, что в начальный момент времени конденсатор разряжен, после подключения к источнику он начинает заряжаться. Начиная с момента времени $t=5с$ напряжение на конденсаторе перестает меняться, это означает, что зарядка закончилась (3 - верно). Когда зарядка конденсатора заканчивается, ток прекращается, следовательно, напряжение на конденсаторе оказывается равным ЭДС. Отсюда заключаем, что $ε=6B$. Применим теперь закон Ома к моменту времени $t=2с$: $J(2c)={ε-U(2c)}/{R}={6B-5.2B}/{10^4Ом}=0.8·10^{-4}А=80мкА$ (4 - верно).
Комментарий к 5 утверждению: напряжение на конденсаторе и напряжение на резисторе связаны уравнением $U_c+U_R=ε$. Так как $ε$ постоянно, при увеличении $U_c$ уменьшается $U_R$
Задача 13
Ученик измерял зависимость силы тока в электрической цепи от величины напряжения на концах цепи. Результаты его измерений занесены в таблицу.
| U, В | −16 | −9 | −4 | 0 | 4 | 9 | 16 |
| I, мА | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | 27 | 64 |
Выберите все верные утверждения на основании анализа приведённых данных.
- При напряжении больше нуля сопротивление цепи резко уменьшается.
- Цепь обладает свойством односторонней проводимости.
- При напряжении больше нуля сопротивление цепи резко возрастает.
- При силе тока 8 мА сопротивление цепи равно 2 Ом.
- При напряжении 16 В сопротивление цепи равно 0,25 Ом.
Решение
1) По закону Ома $J={U}/{R}$, откуда сопротивление $R={U}/{J}$. Тогда: $R_1={U_1}/{J_1}={4}/{8·10^{-3}}=500$Ом; $R_2={U_2}/{J_2}={9}/{27·10^{-3}}=333.3$Ом; $R_3={U_3}/{J_3}={16}/{64·10^{-3}}=250$Ом. Из данной последовательности значений сопротивлений видно, что при напряжении больше нуля сопротивление цепи резко уменьшается (подходит).
2) Из таблицы видно, что цепь обладает свойством односторонней проводимости, т.к. при отрицательных значениях напряжения, сила тока в цепи равна нулю (подходит).
3) появляется ток, значит сопротивление уменьшилось, а не возросло
4) $R=U/I=4/{0.008}=500$ Ом
5) $R=U/I=16/{0.064}=250$ Ом
Задача 14
Для экспериментального изучения зависимости мощности, выделяемой во внешней части цепи, от сопротивления этой цепи была собрана замкнутая электрическая цепь. R — сопротивление внешнего участка цепи, P — выделяемая во внешней цепи мощность. Результаты измерений представлены на рисунке. Выберите два верных утверждения на основании анализа представленного графика.
- При R = 150 Ом мощность максимальная.
- При R = 150 Ом в цепи течёт максимальный ток.
- При R < 100 Ом сила тока не меняется.
- При R > 150 Ом сопротивление внешней цепи больше внутреннего сопротивления источника тока.
- При R > 150 Ом сопротивление внешней цепи меньше внутреннего сопротивления источника тока.
Решение
1) Из графика видно, что при $R=150$Ом мощность максимальная (подходит).
2) Максимальный ток в цепи течет при $R=0$ Ом исходя из закона Ома $J={ε}/{R+r}={ε}/{r}$ (не подходит).
3) При $R < 100$ Ом сила тока по закону Ома меняется в зависимости от значения $R$ (не подходит).
4) Поскольку при $r=R$ мощность, выделяемая во внешней цепи максимальна, то при $R > 150$ Ом сопротивление внешней цепи больше внутреннего сопротивления источника тока (подходит).
Задача 15
На рисунке показаны явления, происходящие в электрической цепи сразу после замыкания ключа. Используемые лампочки одинаковы. Ползунок реостата выставлен в положение, при котором его сопротивление равно сопротивлению катушки. На основании анализа этого опыта выберите два верных утверждения.
- Нижняя лампочка горит ярче, т.к. сопротивление реостата мало.
- Зависимость тока от времени в цепи будет описываться графиком на рисунке а.
- Меньшая светимость нижней лампочки обусловлена явлением электростатической индукции.
- Меньшая светимость верхней лампочки обусловлена явлением самоиндукции.
- Через некоторое время после замыкания цепи лампочки станут светить одинаково.
Решение
1) Обе лампочки будут гореть одинаково через некоторое время (не подходит).
2) Зависимость тока от времени в цепи будет отписываться графиком на рисунке б (не подходит).
3) Лампочки будут гореть одинаково через некоторое время (не подходит).
4) После замыкания ключа, лампочка в ветви с реостатом вспыхивает почти мгновенно, а лампочка в ветви с катушкой достигает максимального накала с некоторым запозданием, вследствие явления самоиндукции, возникающей в катушке (подходит).
5) Через некоторое время после замыкания цепи, лампочки станут светить одинаково, т.к. сила тока в ветви с катушкой так же достигнет максимального значения (подходит).
Задача 16
На рисунке приведён график зависимости силы тока, протекающего через реостат, от сопротивления реостата. На основании анализа этого графика выберите два верных утверждения.
- Закон Ома в данном случае не выполняется.
- Напряжение на реостате было постоянным.
- С ростом сопротивления количество теплоты, выделявшееся на реостате, уменьшалось.
- При силе тока 2 А напряжение на реостате равно 1 В.
- При сопротивлении реостата 8 Ом сила тока будет равна 1 А.
Решение
Закон Ома в данном случае выполняется: $J={U}/{R}$ или $U=J·R$ (не подходит).
Возьмем любые три точки на графике: $U_1=J_1R_1=4·1=4B$, $U_2=J_2R_2=2·2=4B$, $U_3=J_3R_3=1·4=4B$, следовательно, напряжение на реостате было постоянным (подходит).
Количество теплоты, выделявшееся на реостате с ростом сопротивления уменьшилось согласно закону Джоуля-Ленца: $Q=J^2R·t={U^2}/{R}·t$ (подходит).
