Бесплатный интенсив по физике
3 огненных вебинара, домашние задания, беседа курса, личный кабинет, связь с преподавателем и
многое другое.
Курс стартует 22 июля.
Подробнее об интенсиве
Задание 5. Механика. Анализ физических процессов. ЕГЭ 2024 по физике
Средний процент выполнения: 10.3%
Ответом к заданию 5 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Задачи для практики
Задача 1
На рисунке изображён график зависимости проекции скорости тела массой m от времени (t). На основании графика выберите два верных утверждения из приведённого ниже списка для момента времени t. Укажите их номера.
- Движущаяся сила вычисляется по формуле F = m · v · t.
- Работу силы можно найти по формуле $A = {m· v}/{2t}$.
- Движущаяся сила вычисляется по формуле $F = {mv}/{t}$.
- Работу силы можно найти по формуле $A = {m·v^2}/{2}$.
- Работу силы можно найти по формуле $A = {m·v^2}/{2t^2}$.
Решение
3) Движущаяся сила $F=ma$, где $a={υ-υ_0}/{y}={υ}/{t}$, поскольку $υ_0=0$, что видно графика. Тогда $F=ma={mυ}/{t}$.
4) Работа силы равна изменению кинетической энергии, т.е. $A=∆E_к={mυ^2}/{2}-{mυ_0^2}/{2}$, поскольку $υ_0=0$, то $A={mυ^2}/{2}-0={mυ^2}/{2}$.
Задача 2
По экспериментальным данным построен график зависимости координаты колебания от времени на рисунке. Из приведённого ниже списка на основании анализа представленного графика выберите все верные утверждения и укажите их номера.
- В момент времени, равный 10 периодам колебаний, тело находится в точке с координатой x = 6 см.
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 6 sin(π · t).
- В момент времени, равный 10 периодам колебаний, тело находится в точке с координатой x = 0 см.
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 6 cos(2π · t).
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 6 sin(2π · t).
Решение
1) Из графика видно, что период колебаний тела $T=1с$, амплитудное значение координаты $x_m=6$см. Значит, угловая частота тела $ω={2π}/{T}={2π}/{1}=2π$. Запишем уравнение колебаний в общем виде: $x=x_m·sin({2π}/{T}·t)$. Подставим наши данные, имеем: $x=6·sin({2πt}/{1})=6·sin(2π·t)$. Координата колебания подчиняется закону синуса, следовательно, в момент времени, равный 10 периодам колебаний, тело находится в точке с координатой $х=0$ см.
Задача 3
Координата колеблющегося тела меняется так, как показано на графике рисунке. Из приведённого ниже списка на основании анализа представленного графика выберите все верные утверждения и укажите их номера.
- Период колебаний тела равен 1 с.
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 0,1 sin(π · t + π/4).
- Тело совершает колебания с периодом 0,1 с.
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 10 sin(2π · t).
- Координату тела в момент времени t можно найти по формуле x = 10 cos(2π · t + π/4).
Решение
1) Из графика видно, что период колебаний тела равен 1с.
4) Поскольку координата колеблющегося тела изменяется по закону синуса, $x_m=10$см - амплитудное значение координаты и начальная фаза $ϕ_0=0$, то координату тела в момент времени $t$ можно найти по формуле $x=10·sin(2π·t)$.
Задача 4
Ученик исследовал зависимость модуля силы упругости F пружины от её растяжения x. Результаты эксперимента приведены в таблице. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения и укажите их номера.
| F, H | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 |
| x, м | 0 | 0,02 | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,10 |
- Коэффициент упругости пружины равен 2,5 Н/м.
- При увеличении массы груза растяжение пружины уменьшается.
- Потенциальная энергия пружины пропорциональна растяжению пружины.
- Потенциальная энергия пружины при её растяжении на 0,08 м равна 0,08 Дж.
- При подвешенном к пружине грузе массой 100 г её удлинение составит 4 см.
Решение
Исходя из теории упругости и результатов опыта, определим $E_n={kx^2}/{2}={25·0.08^2}/{2}=0.08$Дж. $k={E}/{x}={2}/{0.08}=25$н/м, а при $F_т=1H; x=0.04$м.
Задача 5
Грузик, подвешенный на нити, совершает гармонические колебания. В таблице представлены значения координаты грузика через одинаковые промежутки времени. Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения и укажите их номера.
| t, c | 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
| x, см | 6 | 3 | 0 | 3 | 6 | 3 | 0 | 3 |
- Максимальная скорость грузика равна 0,15 м/с.
- Период колебаний шарика равен 0,4 с.
- В момент времени 0,1 с кинетическая энергия шарика максимальна.
- Полная механическая энергия шарика остаётся неизменной.
- Амплитуда колебаний шарика равна 6 мм.
Решение
Исходя из теории о гармонических колебаниях и данной таблицы, полная механическая энергия шарика остается неизменной. (4 - верно).
Период колебании - время за которое происходит одно полное колебание - 0,4 с (2 - верно)
Максимальная скорость шарика связана с амплитудой ( $υ_{max}=А ω ={А2π}/{T}= {0,03* 2*3.14}/{0,4}=0,471$м/с. (1 - неверно)
Максимальная кинетическая энергия будет в момент прохождения шариком положения равновесия x=3 см, это соответствует времени t=0,1 с (3 - верно)
Амплитуда колебания - это максимальное отклонение от положения равновесия, так как координата колеблется между значениями 6 см и 0, положению равновесия будет соответствовать координата х=3 см, значит амплитуда: А=6-3=3 см (5 - неверно)
Задача 6
Тело массой 15 кг движется вдоль оси Ox в инерциальной системе отсчёта. График зависимости проекции скорости vx этого тела на ось Ox от времени представлен на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения на основании анализа представленного графика и укажите их номера.
- В течение первых двух секунд перемещение тела равно 2 м.
- Модуль ускорения тела в промежутке времени от 1 с до 2 с на 25% больше модуля ускорения тела в промежутке времени от 3 с до 4 с.
- В течение первой секунды кинетическая энергия тела увеличилась на 30 Дж.
- В промежутке времени от 1 с до 2 с импульс тела увеличился в 2 раза.
- В момент времени 4 с модуль равнодействующей сил, действующих на тело, равен 22,5 Н.
Решение
Из теории кинематики и данного графика можно сказать, что модуль ускорения тела с 1 до 2 на 25% больше 3-4, т.е. $a_{1-2}=2м/с^2; a_{3-4}=1.5м/с^2$. В момент времени 4с модуль равнодействующих сил, $F=22.5H$, т.к. $a_4=1.5м/с^2$, $F_p=ma_4=15·1.5=22.5H$
Задача 7
На рисунке представлен график зависимости скорости V от времени t для тела, движущегося прямолинейно. Используя данные графика, выберите из приведённого ниже списка все верные утверждения и укажите их номера.
- Первые две секунды тело двигалось равноускоренно.
- Со 2-й по 6-ю секунду тело переместилось на 40 м.
- Со 2-й по 6-ю секунду тело переместилось на меньшее расстояние, чем за первые две секунды.
- Средняя скорость тела во время движения со 2-й по 10-ю секунду равна 12,5 м/с.
- С 6-й по 10-ю секунду тело двигалось равноускоренно.
Решение
1) Неверно, так как равноускоренному движению соответствует линейный график: $v(t)=v_0+at$.
2)Верно. Из данного рисунка видно, что с 2 по 6 сек, тело прошло 40 м (площадь под графиком)
3) Неверно. Площадь под графиком со 2 по 6-ю секунды гораздо больше, чем площадь под графиком за первые две секунды.
4)Чтобы найти среднюю скорость, нужно разделить весь путь со 2-й по 10-ю секунду на всё соответствующее время, т.е. на 8 с. При этом путь определяем как площадь под графиком, так как у нас есть график в координатах v(t):
$S=S_1+S_2=8·10+{4·7,5}/2=110$ м.
Тогда $v_{ср}={110}/8=13,75$. Утверждение 4 - неверно.
5) Верно. С 6 по 10 сек, тело двигалось равноускоренно, т.к. за равные промежутки времени скорость увеличивается на одну ту же величину (линейная зависимость v(t)).
Задача 8
Математический маятник совершает незатухающие колебания между точками А и Б. Точка О соответствует положению равновесия маятника. Используя текст и рисунок, выберите из предложенного ниже списка все верные утверждения. Укажите их номера.
- За время, равное периоду колебаний, маятник проходит путь, равный длине дуги АБ.
- При перемещении маятника из положения О в положение В потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия увеличивается.
- В точке О кинетическая энергия маятника максимальна.
- Расстояние АБ соответствует амплитуде колебаний координаты.
- В точках А и Б потенциальная энергия маятника принимает максимальное значение.
Решение
- За время, равное периоду колебаний, маятник проходит путь, равный ДВУМ длинам дуги АБ - "туда и обратно". 1 - неверно.
- При перемещении маятника из положения О в положение В потенциальная энергия УВЕЛИЧИВАЕТСЯ (т.к. высота растёт), а кинетическая энергия УМЕНЬШАЕТСЯ (т.к. маятник замедляется). 2 - неверно
- В точке О кинетическая энергия маятника максимальна, так как положение равновесия груз маятника проходит с наибольшей скоростью - верно
- Амплитуда колебаний координаты - это половина расстояния АБ - отклонение от положения равновесия. 4 - неверно.
- В точках А и Б потенциальная энергия маятника принимает максимальное значение, так как груз находится на наибольшей высоте. 5 - верно.
В точке О кинетическая энергия максимальна. Потенциальная энергия принимает максимальное значение в точках А и Б.
Задача 9
Координата колеблющегося тела меняется так, как показано на графике рисунка. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения на основании анализа представленного графика и укажите их номера.
- Период колебаний тела равен 1 с.
- Амплитуда колебаний равна 8 см.
- Частота колебаний равна 1,25 Гц.
- Амплитуда колебаний равна 4 см.
- Период колебаний тела равен 0,4 с.
Решение
Из данного графика очевидно, что $A=4$см (2 - неверно, 4 - верно), период колебаний T=0.8 c (1, 5 - неверно), а частота $v={1}/{T}={1}/{0.8}=1.25$Гц.(3 - верно)
Задача 10
На рисунке приведён график зависимости длины пружины от величины нагрузки. Из приведённого ниже списка выберите два утверждения, соответствующих результатам этого эксперимента, и укажите их номера.
- Коэффициент упругости пружины примерно равен 20 Н/м.
- Коэффициент упругости пружины примерно равен 30 Н/м.
- Коэффициент упругости пружины примерно равен 50 Н/м.
- Коэффициент упругости пружины примерно равен 10 Н/м.
- Для данного эксперимента выполняется закон Гука.
Решение
$k=F/(l-l_0)$
Если продолжить прямую, видно, что длина недеформированной пружины 10 см
$k=2/(0.2-0.1)=20$ Н/м
Задача 11
Бусинка скользит по неподвижной горизонтальной спице. На графике изображена зависимость координаты бусинки от времени. Ось Ox параллельна спице. Из приведённого ниже списка на основании графика выберите два верных утверждения о движении бусинки и укажите их номера.
- На участке 1 проекция ускорения ax бусинки отрицательна.
- На участке 1 модуль скорости остаётся неизменным, а на участке 2 — уменьшается.
- На участке 1 модуль скорости увеличивается, а на участке 2 — уменьшается.
- На участке 1 модуль скорости уменьшается, а на участке 2 — остаётся неизменным.
- В процессе движения вектор скорости бусинки менял направление на противоположное.
Решение
Скорость - это производная координаты по времени. Графически это $tgα$ наклонной графика зависимости координаты от времени. Заметим, что координата все время растет, но на участке 1 - скорость уменьшается, следовательно, проекция ускорения отрицательна. На участке 2, скорость неизменна, а координата растет, тело не меняет направление движения.
Задача 12
На рисунке представлен схематичный вид графика изменения кинетической энергии тела с течением времени. Выберите два верных утверждения, описывающих движение в соответствии с данным графиком.
- В конце наблюдения кинетическая энергия тела равна нулю.
- Кинетическая энергия тела в течение всего времени наблюдения увеличивается.
- Кинетическая энергия тела в начальный момент времени максимальна.
- Тело брошено вертикально вверх с балкона и упало на Землю.
- В конце наблюдения скорость тела не равна нулю.
Решение
1) В конце наблюдения $E_к=0$, неверно, т.к. при $t=t_к⇒E_к≠0$, если $E_к=0$, то график должен проходить через ось ординат.
2) $E_к$, в течении всего времени увеличивается, неверно, т.к. при $t={t_к}/{2}$ $E_к=min$, в середине пути кинетическая энергия минимальна.
3) Исходя из графика $E_к$ максимальная в момент (верно) $t=0$.
4) Неверно, т.к. график вертикально брошенного тела, выглядит иначе.
5) При $t_к=t; E_к≠0$ (верно), т.к. $υ≠0⇔E_к≠0$.
Задача 13
На рисунке приведены графики зависимости координаты от времени для двух тел A и B, движущихся по прямой, вдоль которой и направлена ось Ox. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения о характере движения тел и укажите их номера.
- Тело A движется равномерно.
- Тело A движется с постоянным ускорением, равным 5 м/с2.
- Первый раз тела A и B встретились в момент времени, равный 3 с.
- Вторично тела A и B встретились в момент времени, равный 7 с.
- В момент времени t = 5 с тело B достигло максимальной скорости движения.
Решение
1) Тело А движется равномерно, т.к. равномерное движение - это движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит одинаковые расстояния (подходит).
2) Ускорение тела А равно нулю, т.к. оно движется с постоянной скоростью $υ={20-10}/{7-3}=2.5м/с$ (не подходит).
3) Графики зависимости координаты от времени для двух тел А и В пересекаются в момент времени $t=3c$, значит, первый раз тела А и В встретились в момент времени, равный 3с (подходит).
Задача 14
При проведении эксперимента ученик исследовал зависимость модуля силы упругости пружины, которая выражается формулой F (l) = k|l − l0|, где l0 — длина пружины в недеформированном состоянии, от её длины. График полученной зависимости приведён на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения на основании анализа графика и укажите их номера.
- Длина пружины в недеформированном состоянии равна 6 см.
- Длина пружины в недеформированном состоянии равна 3 см.
- При действии силы 2 Н деформация пружины равна 2 см.
- При действии силы 4 Н деформация пружины равна 2 см.
- Коэффициент жёсткости пружины равен 50 Н/м.
Решение
1) Из графика видно, что длина пружины в не деформированном состоянии равна 3 см, т.к. при l=3см сила упругости $F=OH$(не подходит).
2) Длина пружины в не деформированном состоянии равна 3 см (подходит).
3) При действии сила 2Н деформация пружины равна |2см-3см|=|-1см|=1см или |4см-3см|=1см (не подходит).
4) При действии сила 4Н пружина сжимается или растягивается на 2см, поскольку |1см-3см|=|-2см|=1см или |5см-3см|=2см (подходит).
5) Коэффициент жесткости $k={F}/{|l − l0|}={4 H}/{|5см-3см|}=200 {H}/{м}$ (не подходит)
Задача 15
На рисунке приведена зависимость координаты движущегося тела от времени. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения
- Скорость движения тела в интервале времени от 30 до 50 с на 2 м/с больше, чем скорость в интервале времени от 0 до 30 с.
- Скорость тела возрастала в интервале времени от 0 до 30 с и убывала в интервале от 30 до 50 с.
- Максимальная скорость движения на всём пути равна 2,4 м/с.
- За всё время движения тело прошло путь 120 м.
- За всё время движения тело прошло путь 240 м.
Решение
1) $υ_1[30-50c]={x_к-x_н}/{t_к-t_н}={0-120}/{50-30}=-{120}/{20}=-6м/с$. Знак "минус" говорит о том, что тело движется в обратном направлении, поэтому возьмем по модулю $υ[30-50c]=6м/с; υ_2[0-30c]={x_к-x_н}/{t_к-t_н}={120-0}/{30-0}={120}/{30}=4м/с; ∆υ=υ_1[30-50c]-υ_2[0-30c]=6-4=2м/с$(подходит).
2) Скорость тела возрастала в интервале времени от 0 до 30с и в интервале от 30 до 50с (не подходит).
3) Максимальная скорость на всем пути равна 6м/с (не подходит).
4) За все время движения тело прошло путь: $S=S_1+S_2=υ_1·∆t_1+υ_1·∆t_2=6·(50-30)+4·(30-0)=6·20+4·30=120+120=240$м (не подходит).
5) За все время движения тело прошло путь 240м (подходит).
Задача 16
На рисунке приведена стробоскопическая фотография движущегося шарика по жёлобу, образующему некоторый угол с горизонтом. Положения шарика на фотографии показаны через равные промежутки времени. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения на основании анализа стробоскопической фотографии и укажите их номера.
- Движение шарика равномерное.
- Скорость шарика увеличивается.
- Шарик движется под действием переменной силы.
- Если промежуток времени между двумя последовательными положениями шарика равен 2 с, то его ускорение равно 0,5 см/с2.
- Импульс шарика в процессе движения остаётся постоянным.
Решение
1) Шарик за одинаковые промежутки времени проходит разные расстояния, значит, его движение неравномерное (не подходит).
2) Движение шарика равноускоренное, значит, скорость шарика увеличивается (подходит).
3) Шарик движется под действием постоянной силы $F↖{→}=ma↖{→}$ (не подходит).
4) $S=0.16м; t=4·2=8c; υ_0=0м/с; a=0.005м/с^2$. При равноускоренном движении перемещение равно: $S=υ_0е+{at^2}/{2}=0·8+{0.005·(8)^2}/{2}={0.005·64}/{2}=32·0.005=0.16=16$см (подходит).
Задача 17
На рисунке приведена стробоскопическая фотография движущегося шарика по жёлобу, образующему некоторый угол с горизонтом. Положения шарика на фотографии показаны через равные промежутки времени. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения на основании анализа стробоскопической фотографии и укажите их номера.
- Шарик движется с переменным ускорением.
- Скорость шарика уменьшается.
- Шарик движется под действием постоянной силы.
- Если промежуток времени между двумя последовательными положениями шарика равен 2 с и он начинал движение из состояния покоя, то его скорость в точке с координатой 9 см равна 3 см/с.
- Импульс шарика в процессе движения уменьшается.
Решение
1) Шарик движется с постоянным ускорением (не подходит).
2) Скорость шарика увеличивается, т.к. за равные промежутки времени он проходит все больше расстояния (не подходит).
3) Шарик движется под действием постоянной силы $F=m·a$ (подходит).
4) $υ_k=υ_0+at$(1), т.к. $υ_0=0$м/с, поскольку начинает движение из состояния покоя, то $υ_k=at$(2). Перемещение $S={at^2}/{2}⇒a={2·S}/{t^2}$(3), где $S=0.09$м, $t=6c$ (т.к. 3 вспышки стробослота), тогда $a={2·0.09}/{36}=0.005$, тогда $υ=at=0.005·6=0.03=3$см/с (подходит).
Задача 18
На рисунке приведён график зависимости кинетической энергии тела от времени t. Выберите все верные утверждения на основании анализа представленного графика.
- Тело движется под действием постоянной силы.
- Потенциальная энергия тела в точке Б равна 1,5 Дж.
- Период колебаний тела равен 4 с.
- Максимальное значение потенциальной энергии равно значению потенциальной энергии в точке А.
- Полная механическая энергия тела равна 4 Дж.
Решение
1. Из графика видно, что время одного полного колебания равно 4с, т.к. в течение одного полного колебания тело проходит три максимальных значения (или три минимальных значения) кинетической энергии, т.е. период колебаний тела равен 4с (верно).
2. Поскольку полная механическая энергия тела равна: $E=E_{к,max}=E_{к,max}=E_к+Е_п$(1), а максимальная кинетическая энергия тела равна 4 Дж, то полная механическая энергия тела равна 4 Дж (верно).
Задача 19
На рисунке приведён график зависимости кинетической энергии тела от времени t. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения на основании анализа представленного графика и укажите их номера.
- Тело совершает гармонические колебания.
- Потенциальная энергия тела в точке A равна 1 Дж.
- Период колебаний тела равен 2 с.
- Максимальное значение потенциальной энергии равно потенциальной энергии в точке Б.
- Частота колебаний тела равна 4 Гц.
Решение
1. Тело совершает гармонические колебания, т.к. гармонические колебания - это колебания, подчиняющиеся закону синуса или косинуса, а на графике мы видим синусоиду (1 - верно).
2. Поскольку полная механическая энергия тела равна: $E=E_{п,max}=E_{п,max}=E_к+Е_п$(1), где $E_к$ - кинетическая энергия тела, $E_{к,max}=4$Дж, $E_п$ - потенциальная энергия тела. В точке А $E_к=3$Дж, значит, $E_п=E-E_к=E_{к,max}-E_к=4-3=1$Дж (2 - верно)
3. За один период колебаний тела, успевает произойти два колебания кинетической энергии, поэтому период колебаний тела равен 4с, а не 2. (3 - неверно)
4. Максимальное значение потенциальной энергии будет в той точке, в которой кинетическая энергия минимальна. Точка Б под это условие не подходит (4 - неверно)
5. Частота колебания тела равна: $v=1/T=1/4=0,25$ Гц (5 - неверно)
Задача 20
На рисунке представлены графики зависимости проекции скорости v на некоторую ось от времени t для пяти тел. Из приведённого ниже списка выберите два верных утверждения на основании анализа представленных графиков и укажите их номера.
- Наибольшей начальной скоростью обладало второе тело.
- Первое тело покоится.
- Наименьший путь за первые три секунды прошло второе тело.
- Третье тело движется равноускоренно.
- Пятое тело совершает равнопеременное движение.
Решение
Из графика видно, что в момент времени t=0с наибольшей начальной скоростью обладает тело 2.
Третье тело движется равноускоренно, т.к. график скорости напрвлен вверх.
