Задание 4. Статика. Механические колебания и волны . ЕГЭ 2027 по физике
Средний процент выполнения: 70.5%
Ответом к заданию 4 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Алгоритм решения задания 4:
- Определи, какой физический процесс или явление рассматривается: равновесие тела, действие силы Архимеда, колебания или распространение волн.
- Выдели физическую модель, к которой относится ситуация: твёрдое тело, маятник или волновой процесс.
- Определи физические величины, описывающие данный процесс, и установи, какие из них заданы в условии.
- Соотнеси ситуацию с соответствующим законом или условием: условием равновесия, законом Архимеда, законом колебаний или соотношениями для волн и звука.
- Запиши применимый закон или формулу в общем виде, используя физические величины из условия.
- Выполни необходимые преобразования или вычисления в рамках выбранной физической модели.
- Проверь, что полученный результат согласуется с физическим смыслом рассматриваемого явления.
Подпишись на суперполезные материалы
Задачи для практики
Задача 1
В одно из колен сообщающихся сосудов налита вода, в другое — неизвестная жидкость. Высота столбика воды равна 8 см, а неизвестной жидкости - 10 см. Определите плотность неизвестной жидкости. Ответ дать в ${кг}/{м^3}$. Плотность воды 1000 ${кг}/{м^3}$.
Решение
${H_в}/{H}={ρ}/{ρ_в}$
$ρ={H_в}/{H}{ρ_в}=800$ ${кг}/{м^3}$
Задача 2
В системе, изображенной на рисунке, нити и блоки невесомы, трения нет. Каково должно быть отношение $m_2/m_1$, чтобы система находилась в равновесии?
Решение
С учётом свойств подвижных и неподвижных блоков получим силы натяжения нитей, действующие на грузы:
Условие равновесия для груза 1: $m_1g=T$
Условие равновесия для груза 2: $m_2g=2T+2T=4T$
$m_2/m_1={4T}/T=4$
Задача 3
Бутылка высотой 20 см с площадью 10 см2 заполнена водой. Чему равна сила давления воды на дно бутылки? Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2. Ответ представить в Н.
Решение
Давление $p=ρgh=1000·10·0.2=2000Па$
Сила давления $F=pS=2000·0,001=2$ Н
2 способ:
сила давления - есть вес жидкости
$F=P = mg=ρVg=ρShg=1000·0,001·0,2·10=2$ Н
Задача 4
В системе, иображенной на рисунке, нити и блоки невесомы, трения нет. Каково должно быть отношение $m_2/m_1$, чтобы система находилась в равновесии?
Решение
С учётом свойств подвижных и неподвижных блоков получим силы натяжения нитей, действующие на грузы:
Условие равновесия для груза 1: $m_1g=T$
Условие равновесия для груза 2: $m_2g=2T+T=3T$
$m_2/m_1={3T}/T=3$
Задача 5
Женщина несет груз на легком коромысле . Чтобы удержать в равновесии груз, массой 5 кг , прикрепленный к левому концу коромысла А, она прикладывает ко второму концу B силу 40 Н. OB = 20 см. Чему равно OA? Ответ в см.
Решение
Запишем уравнение моментов $mg·OA= F·OB$. Подставим значения: $5·10·OA= 40·0.2$. От куда ОА=0,16 м = 16 см
Задача 6
В системе, иображенной на рисунке, нити и блоки невесомы, трения нет. Каково должно быть отношение $m_2/m_1$, чтобы система находилась в равновесии?
Решение
Запишем проекции первого закона Ньютона:
$
T_1=m_1g$
$
2T_1=T_2$
$
2T_2=T_3$, то есть $T_3=4T_1$
$
T_3+T_1=m_{2}g$
$
5T_1=m_{2}g$
$
5m_1g=m_{2}g$
$
m_2/m_1=5$
Задача 7
Для измерения массы однородного стержня ученик воспользовался динамометром. Ученик положил стержень на стол и немного приподнял стержень за один из концов, при этом динамометр показал 10 Н. Чему равна масса стержня? Ответ выразите в кг.
Решение
Ось вращения расположим в том конце стержня, который опирается на стол. Запишем условие равновесия стержня через моменты относительно выбранной точки. Так как стержень однородный, сила тяжести приложена к его центру, тогда плечо силы тяжести будет $l/2$. Условие равновесия: mg0,5l-Fl=0. момент силы F, действующей на стержень со стороны динамометра, записываем со знаком минус, так как она вращает стержень против часовой стрелки? Подставив в условие равновесия значение силы F, получаем m=2 кг
Задача 8
В системе, иображенной на рисунке, нити и блоки невесомы, трения нет. Каково должно быть отношение $m_2/m_1$, чтобы система находилась в равновесии?
Решение
Распишем проекции второго закона Ньютона:
$T_2=2T_1$
$
T_3=2T_2=4T_1$
$
T_1=m_{2}g$
$
T_3=m_{1}g$
$
4m_{2}g=m_{1}g$
$
m_2/m_1=0.25$
Задача 9
Чтобы удержать в равновесии груз, массой 10 кг , прикрепленный к левому концу рычага, необходимо приложить к правому концу силу 200 Н. Длина левого плеча 20 см. Чему равна длина рычага в (см) ?
Решение
Запишем уравнение моментов: OA*m*g=OB*F. От куда OB= 10 см. Тогда длинна рычага OA+OB = 30 см
Задача 10
Высота столба ртути ртутного барометра составляет 756 мм. Какова плотность жидкости жидкостного барометра, высота столба которого при данном атмосферном давлении равна 12 852 мм? Плотность ртути 13600 кг/м^3. Ответ выразите в (кг/м3).
Решение
Дано:
$h_p=756мм$
$p_p=13600{кг}/{м^3}$
$h_ж=12852мм$
$p_ж-?$
Решение:
Давление столба ртути равно давлению столба жидкости: $p_p=p_ж$(1), где $p_p=p_p·g·h_p$(2), $p_ж=p_ж·g·h_ж$(3), где $p_p$ и $p_ж$ - плотность ртути и жидкости жидкостного барометра.
Подставим (2) и (3) в (1) и найдем $p_ж$: $p_p·g·h_p=p_ж·g·h_ж⇒p_p·h_p=p_ж·h_ж$.
Подставим числовые значения в (4): $p_ж={13600·756}/{12852}=800{кг}/{м^3}$
Задача 11
Тело массой 300 г взвешивают на весах с длинами плеч l1 и l2 соответственно, размещая его на правой чаше. Гирей какой массы можно его уравновесить, если длины плеч l1 и l2 относятся как 1 : 3? Ответ выразить в (г).
Решение
Дано:
$m=0.3$кг
${l_1}/{l_2}={1}/{3}$
$M-?$
Решение:
Составим уравнение баланса для системы.
$m·g·l_2=M·g·l_1$ - выразим М и получим.
$M={mgl_2}/{gl_1}={0.3}*{3}=900$г.
Задача 12
Медный цилиндр массой 3,56 кг полностью опущен в бензин. Определите действующую на него архимедову силу. Плотность меди равна 8900 кг/м3. Плотность бензина равна 700 кг/м3. Ответ выразить в (H).
Решение
Дано:
$m_м=3.56$кг
$ρ_м=8900кг/м^3$
$ρ_б=700кг/м^3$
$F_{арх}-?$
Решение:
На погруженное в жидкость тело, действует выталкивающая сила $F_{арх}=ρ_б·g·V_м=ρ_б·g·{m_м}/{ρ_м}$
$F_{арх}={700·10·3.56}/{8900}=2.8H$
Задача 13
Волна распространяется вдоль резинового шнура со скоростью 4 м/с при частоте 5 Гц. Каково минимальное расстояние между точками шнура, которые одновременно проходят через положение равновесия, двигаясь при этом в одном направлении? Ответ выразите в (м).
Решение
Дано:
$υ=4$м/с
$v=5$Гц
$λ-?$
Решение:
$λ={υ}/{v}$ - по закону о гармонических колебаниях.
$λ={4}/{5}=0.8$м.
Задача 14
Тело массой 500 г колеблется так, что проекция его ускорения зависит от времени в соответствии с графиком, приведённом на рисунке. Чему равна проекция силы на ось Ox в момент времени 3 с? Ответ выразите в (H).
Решение
Дано:
$m=0.5$кг
$t=3с$
$a_x=-5м/с^2$
$F_x-?$
Решение:
Проекция силы на ось Ох в момент времени 3с определяется выражением: $F_x=ma_x=0.5·(-5)=-2.5H$
Задача 15
Какую силу надо приложить, чтобы поднять под водой камень массой 1 кг, объём которого 240 см3? Ответ выразите в (Н).
Решение
Дано:
$m=1$кг
$V=240см^3$
$F-?$
Решение:
$F=m·g-F_{арх}; F_{арх}=ρgV$
$F=10-10^3·10·240·10^{-6}=7.6H$
Задача 16
Малый поршень гидропресса за один ход опускается на 0,2 м, а большой поршень при этом поднимается на 1 см. С какой силой действует пресс на зажатое в нём тело, если на малый поршень действует сила 500 Н? Ответ выразите в (кН).
Решение
Дано:
$h_1=0.2$м
$h_2=0.01$м
$F_1=500H$
$F_2-?$
Решение:
Работа по перемещению малого поршня $A_м=F_1·h_1$(1), равна работе по перемещению большого поршня $A_б=F_2·h_2$(2), тогда имеем $A_м=A_б$ или $F_1·h_1=F_2·h_2$, откуда $F_2={F_1·h_1}/{h_2}={500·0.2}/{0.01}=10000=10$кН.
Задача 17
На рисунке представлена зависимость смещения пружинного маятника массой 200 г от времени. Какова потенциальная энергия в момент времени 1,5 с? В расчётах принять π2 ≈ 10. Ответ выразите в (мкДж).
Решение
Дано:
$m=0.2кг$
$t=1.5с$
$π^2=10$
$E_п-?$
Решение:
Потенциальная энергия равна: $E_п={kx^2}/{2}$(1), где $k$ - жесткость пружины, $x=x_m·sinωt=x_m·sin{2π}/{T}·t$(2), где $T$ - период колебаний пружинного маятника (из графика видно, что $T=4c$); $x_m=0.03м$ - амплитудное значение х.
Период колебаний пружинного маятника рассчитывается по формуле: $T=2π√{{m}/{R}}$(3), откуда найдем $k$: $T^2={4π^2m}/{k}⇒k={4π^2m}/{T^2}$(4)
Подставим числовые значения в (2) и в (4): $x=x_m·sin{2π}/{T}·t=0.03·sin{2π·1.5}/{4}=0.03·sin{3π}/{4}={0.03·√2}/{2}$. $k={4π^2m}/{T^2}={4·10·0.2}/{16}=0.5{Н}/{м}$.
Подставим числовые значения в (1): $E_п={kx^2}/{2}={0.5·(0.03·{√2}/{2})^2}/{2}={{0.0009·2·0.5}/{4}}/{2}={0.0009}/{8}=112.5·10^{-6}=112.5$мкДж.
Задача 18
Учитель продемонстрировал распространение волны по длинному шнуру. В один из моментов времени шнур имел вид, представленный на рисунке. Скорость распространения колебаний по шнуру равна 2 м/с. С каким периодом колеблются частицы шнура? Ответ выразите в (с).
Решение
Дано:
$υ=2$м/с
$T-?$
Решение:
Из рисунка видно, что длина волны равна $λ=0.4$м. Частота колебаний равна отношению скорости распространения волны к длине волны, а период обратен частоте.
$T={λ}/{υ}={0.4}/{2}=0.2$с
Задача 19
Высота столба ртути ртутного барометра составляет 756 мм. Какова была бы высота столба подсолнечного масла масляного барометра при данном атмосферном давлении? Ответ выразите в (мм). Ответ запишите в целых числах. $p_p=13600{кг}/{м^3}$, $p_м=900{кг}/{м^3}$
Решение
Дано:
$h_p=756мм$
$p_p=13600{кг}/{м^3}$
$p_м=900{кг}/{м^3}$
$h_м-?$
Решение:
Давление столба ртути равно давлению столба подсолнечного масла: $p_p=p_м$(1), где $p_p=ρ_p·g·h_p$(2), $p_м=ρ_м·g·h_м$(3), где $ρ_p$ и $ρ_м$ - плотность ртути и подсолнечного масла.
Подставим (2) и (3) в (1) и найдем $h_м$: $ρ_p·g·h_p=ρ_м·g·h_м⇒h_м={ρ_p·h_p}/{ρ_м}$.
Подставим числовые значения в (4): $h_м={13600·756}/{900}=11424мм$
Задача 20
Тело взвешивают на весах с длинами плеч l1 = 6 см и l2 = 54 см. Когда тело находится на левой чаше, его уравновешивают гирей массы m, когда на правой — гирей массы M. Чему равно отношение масс ${M}/{m}$?
Решение
Дано:
$l_1=6$см
$l_2=54$см
${M}/{m}-?$
Решение:
$\{\table\m_1·l_1=m·l_2; \M·l_1=m_1·l_2;$ ${M·l_1}/{l_2}·l_1=m·l_2$.
${M}/{m}={l_2^2}/{l_1^2}={54^2}/{6^2}=81$
Рекомендуемые курсы подготовки
- 🔥 Получишь мощный старт для дальнейшей подготовки.
- 🔥 Прокачаешь свою Кинематику.
- 🔥 Узнаешь все о Линзах в ЕГЭ.
- 🔥 Будешь решать задачи с дифракционной решеткой на ИЗИ.
- 🔥 Улучшишь свои резы на 20 вторичных баллов ЕГЭ.
Что тебя ждет?
- 👉 7 вебинаров (по 1 вебчику в неделю: согласись, не напряжно, да?).
- 👉 Домашка после каждого веба (без дедлайна, лето все-таки, делай, когда удобно).
- 👉 Скрипты и конспекты, полезные материалы к каждому занятию.
- 👉 Личный кабинет Турбо (это супер-мега удобная площадка 🔥).
- 👉 Тренажёр для отработки заданий (все в том же личном кабинете).
- 👉 Отдельная беседа с преподавателями и однокурсниками.
- 👉 Комфортная атмосфера, эффективная подготовка + чувство, что лето проводишь не зря 🔥.
на бесплатном курсе Турбо ЕГЭ