Бесплатный интенсив по физике
3 огненных вебинара, домашние задания, беседа курса, личный кабинет, связь с преподавателем и
многое другое.
Курс стартует 12 июля.
Подробнее об интенсиве
Задание 6. Механика. Явления. ЕГЭ 2023 по физике
Средний процент выполнения: 59.3%
Ответом к заданию 6 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Задачи для практики
Задача 1
При вертикальном подъёме тела массой m на высоту h совершена работа A. С каким ускорением двигалось тело? Сколько по времени длился подъём тела? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) ускорение тела a Б) время подъёма t | 1) $√{{2mh^2}/{A-mgh}}$ 2) ${A}/{h·m}-g$ 3) $√{2gH}$ 4) $A·h·m-g$ |
Решение
Дано:
$h, m, A$
$А)a-?;Б)t-?$
Решение:
A) При подъеме тела на высоту $h$ с ускорением $a$ действует сила $F$. Запишем второй Ньютона: $ma=F–mg$, откуда $F=m(a+g)$, тогда $A=F·h=m(a+g)·h$, откуда ускорение $a={A}/{m·h}-g$.
Б) Выражение для времени подъема $t$ найдем, проанализируя единицы измерения в формулах: $√{{2mh^2}/{A-mgh}}=√{{кг·м^2}/{Дж}}=√{{кг·м^2}/{Н·м}}=√{{кг·м·с^2}/{кг·м}}=√{с^2}=с$..
Или выразим время из уравнения: $h={at^2}/2$, тогда $t=√{{2h}/{a}}=√{{2h}/{{A-mhg}/{mh}}}=√{{2mh^2}/{A-mgh}}$
Задача 2
С какой начальной скоростью v0 нужно бросить мяч с высоты h, чтобы он подпрыгнул на высоту H (H > h)? Считать удар о поверхность абсолютно упругим. Сколько секунд мяч будет падать обратно? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) начальная скорость v0 Б) время падения t | 1) $√{2g(H - h)}$ 2) $√{2gH}$ 3) $√{{2H}/{g}}$ 4) $√{2g(H+h)}$ |
Решение
Дано:
$h, H(H > h), g$
$А)υ_0-?;Б)t-?$
Решение:
A) Запишем закон сохранения энергии для положения 1 и 2 мяча: $E_1=E_2$(1), $mgh+{mυ_0^2}/{2}=mgH$, откуда $υ_0=√{2g(H-h)}$.
Б) С высоты $H$ шарик (мяч) проходит путь $S=H={gt^2}/{2}$, тогда время падения $t=√{{2H}/{g}}$.
Задача 3
Начальная скорость пули v0 , её масса m, её кинетическая энергия высшей точки траектории Eк. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) косинус угла вылета пули cos α Б) проекция скорости в высшей точке траектории vx | 1) ${√{2E_к}}/{v_0 · √m}$ 2) $v_0 · sin α$ 3) $v_0 · cos α$ 4) $√{{2E_к}/{2}}$ |
Решение
Дано:
$υ_0, m, E_к$
$А)cosα-?;Б)υ_x-?$
Решение:
Из рисунка видно, что $υ_0·cosα=υ_x$(1), откуда $cosα={υ_x}/{υ_0}$(2). В верхней точке траектории скорость $υ=υ_x$, т.к. $υ_y=0$, поэтому исходя из того, что кинетическая энергия $E_к={mυ^2}/{2}={mυ_x^2}/{2}$ имеем: $υ_x={√{2E_к}}/{√m}$(3). Подставим (3) в (2): $cosα={√{2E_к}}/{υ_0√m}$(4).
Задача 4
Троллейбус массой m = 20 т трогается с места с ускорением a = 1,2 м/с2. Найдите работу силы тяги на первых S = 10 м пути, если коэффициент сопротивления µ = 0,02. Какую кинетическую энергию приобрёл троллейбус? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) работа силы тяги Aт Б) кинетическая энергия Eк | 1) µmgS 2) m · (a + µg) 3) m · (a + µg) · S 4) m · a · S |
Решение
Дано:
$m=2·10^4$кг
$μ=0.02$
$a=1.2м/с^2$
$g=10м/с^2$
$S=10$м
$А-?$
Решение:
Запишем второй закон Ньютона: $ma↖{→}=mg↖{→}+F_{тяги}↖{→}+N↖{→}+F_{тр}↖{→}$(1). В проекциях на Ох: $ma=F_{тяги}-F_{тр}$(2), откуда $F_{тяги}=ma+F_{тр}$(3), Oy: $O=N-mg$(4), откуда $N=mg$(5). Учитывая, что сила трения $F_{тр}=μN=μmg$(6), получим: $F_{тяги}=ma+μmg=m(a+μg)=2·10^4·(1.2+0.02·10)=2.8·10^4Н$. Тогда работа силы тяги: $A=F_{тяги}·S=m(a+μg)·S$. $E_к-maS$.
Задача 5
Камень массой m бросают вертикально вверх с начальной скоростью v0. Какова потенциальная энергия камня на максимальной высоте и чему равна эта высота? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) потенциальная энергия Eп Б) максимальная высота h | 1) ${mv_0^2}/{2} +{mv^2}/{2}$ 2) ${v_0^2}/{2g}$ 3) ${v_0}/{√2}$ 4) ${mv_0^2}/{2}$ |
Решение
Дано:
$m, υ_0, g$
$E_п-?h-?$
Решение:
Полная механическая энергия системы в точках 1 и 2 одинакова: $E_1=E_2$(1), т.к. в точке 1 тело обладает только кинетической энергией, а в точке 2 - только потенциальной, т.е. $mgh={mυ_0^2}/{2}⇒h={υ_0^2}/{2g}$(2).
Задача 6
В момент времени t = 0 шарик бросили вертикально вверх с начальной скоростью $v↖{→}$. На графиках А и Б представлены зависимости от времени t некоторых физических величин, характеризующих движение шарика. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени представлены на этих графиках (t0 — время полёта, сопротивлением воздуха пренебречь).
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Графики | Физические величины |
А)  Б)  | 1) координата шарика y 2) энергия взаимодействия шарика с Землёй 3) проекция ускорения шарика на ось Oy 4) кинетическая энергия шарика |
Решение
1) Так как ось y направлена вверх, а ускорение свободного падения g направлено вниз, проекция ускорения на ось отрицательна. График А отражает зависимость проекции ускорения шарика на ось Оу, $g=const$.
2) Кинетическая энергия максимальна в начале и в конце броска, а в верхней точке равна 0, т.к. шар брошен вертикально и прежде чем начать падать вниз останавливается. График Б - кинетическая энергия шарика.
Задача 7
Установите соответствие между физической величиной и её выражением через основные единицы СИ.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физическая величина | Её выражение в СИ |
| А) импульс Б) давление | 1) $кг · {м^2}/{с^2}$ 2) ${кг}/{м · с^2}$ 3) ${кг·м}/{с^2}$ 4) ${кг·м}/{с}$ |
Решение
А) Импульс $p↖{→}=mυ↖{→}[кг{м}/{с}]$.
Б) Давление $p={F}/{S}[{кг}/{м·с^2}]$.
Задача 8
Установите соответствие между физической величиной и её выражением через основные единицы СИ.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физическая величина | Её выражение в СИ |
| А) сила Б) работа | 1) ${м}/{с^2}$ 2) ${кг}/{м·с^2}$ 3) ${кг·м}/{с^2}$ 4) ${кг·м^2}/{с^2}$ |
Решение
А) Сила, знаем 2-й закон Ньютона $F∆t=∆p↖{→}$ выразим $F={∆p↖{→}}/{∆t}=[{кг·м}/{с^2}]$.
Б) Работа $A=F·S=[{кг·м^2}/{с^2}]$.
Задача 9
Тело массой m покоится на наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту, µ — коэффициент трения. Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) сила трения покоя Б) сила реакции опоры | 1) 0 2) mg sin α 3) µmg sin α 4) mg cos α |
Решение
2 закон Ньютона в проекциях на ось x, направленную вдоль плоскости вниз, и на ось y, направленную перпендикулярно плоскости вверх:
Ox: $m·g·sinα-F_{тр}=0$, следовательно $F_{тр}=m·g·sinα$ (сила трения покоя)
Oy: $N-m·g·cosα=0$, следовательно $N=m·g·cosα$ (сила реакции опоры)
Задача 10
Тело массой m скатывается по наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту, µ — коэффициент трения. Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) проекция ускорения тела на ось Ox Б) проекция силы реакции опоры на ось Oy | 1) g(sin α + µ cos α) 2) g(sin α − µ cos α) 3) µmg cos α 4) mg cos α |
Решение
Для движения тела по наклонной плоскости проекции ускорения тела на ось Ох $g(sinα-μcosα)$, из 2 закона Ньютона $ma=mgsinα-mμcosα$, проекция силы реакции опоры на ось Оу $mgcosα$.
Задача 11
Брусок покоится на наклонной плоскости с углом α к горизонту. Коэффициент трения бруска о плоскость равен µ, масса бруска m, ускорение свободного падения g. Установите соответствие между между физическими величинами и формулами, по которым им можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А)сила нормальной реакции опоры, N Б) сила трения, Fтр | 1) mg sin α 2)mg cos α 3) mg tg α 4) µN |
Решение
А) Из задачи очевиден факт того, что $N=mgcosα$, т.к. тело лежит на наклонной плоскости(2).
Б) Сила трения $F_{тр}=F_{скат}=mgsinα$ по третьему закону Ньютона.
Задача 12
Искусственный спутник с кинетической энергией Eк движется вокруг Земли по круговой орбите радиусом R с частотой обращения ν. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) масса спутника Б) импульс спутника | 1) ${πE_к}/{Rν}$ 2) ${E_к}/{πRν}$ 3) ${2π^2E_к}/{R^2ν^2}$ 4) ${E_к}/{2π^2R^2ν^2}$ |
Решение
А) Масса спутника для данного случая может быть выражена с помощью выражения для кинетической энергии и линейной скорости: $E_к={mυ^2}/{2}$, $υ={2πR}/{T}=2πRv$. Подставим 2 в 1 и выразим m: $m={E_к}/{2π^2R^2v^2}$
Б) Импульс спутника $p↖{→}=m{υ}↖{→};p={E_к}/{πRv}$.
Задача 13
Каучуковый мяч, летящий горизонтально, упруго ударяется о вертикальную стену. Установите соответствие между физическими величинами, описывающими удар, и формулами для их нахождения.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические явления | Формулы |
| А) изменение импульса Б) средняя сила удара | 1) mv 2) 2mv 3) ${mv}/{t}$ 4) ${2mv}/{t}$ |
Решение
А) Изменение импульса $∆p=mυ-(-mυ)=2mυ$, т.к. скорость (пар) изменили направление на противоположное и удар упругий.
Б) Средняя сила удара $F_{ср}={∆p}/{t}⇒{2mυ}/{t}$ воспользуемся формулами из основ кинематики.
Задача 14
Тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью из верхней точки. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут описывать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Графики | Физические величины |
А)  Б)  | 1) координата x 2) проекция скорости vx 3) кинетическая энергия Ek 4) проекция ускорения ax |
Решение
1) Соответствует координата Х, т.к. $υ=ω·R=const$. Тело будет иметь данный график.
2) $E_к$ будет постоянной, т.к. $E_к={mυ^2}/{2}; υ=const$.
Задача 15
Пуля массой m, движущаяся горизонтально со скоростью v, попадает в деревянный брусок массой M и застревает в нём. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) импульс системы «пуля+брусок» после удара Б) количество энергии, перешедшей в тепло | 1) ${mv^2}/{2}$ 2) $mv$ 3) ${mMv^2}/{2(M + m)}$ 4) $2(M + m)v$ |
Решение
А) Запишем закон сохранения импульса: $mυ↖{→}=(m+M)U↖{→}$, в проекции на ось Ох: $mυ=(m+M)U$, таким образом, импульс системы "пуля-брусок" после удара равен $mυ$.
Б) Запишем закон сохранения механической энергии: ${mυ^2}/{2}={(m+M)U^2}/{2}+Q$, где $Q$ - количество энергии, перешедшей в тепло. $Q={mυ^2}/{2}-{(m+M)U^2}/{2}$(1). Из закона сохранения импульса имеем: $U={mυ}/{(m+M)U}$(2). Подставим (2) в (1), получим: $Q={mυ^2}/{2}-{(m+M){m^2υ^2}/{(m+M)^2}}/{2}={mυ^2}/{2}-{m^2υ^2}/{2(m+M)}={mυ^2(m+M)-m^2υ^2}/{2(m+M)}={m^2υ^2+mMυ^2-m^2υ^2}/{2(m+M)}={mMυ^2}/{2(m+M)}$.
Задача 16
Телу массой m, находящемуся на вершине наклонной плоскости высотой h и длиной l, сообщают начальную скорость v0. В самом низу наклонной плоскости тело останавливается. Коэффициент трения тела о плоскость равен µ. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) работа силы трения Б) модуль силы трения | 1) $mgh + {mv_0^2}/{2}$ 2) $−µmgl$ 3) $−mgh −{mv_0^2}/{2}$ 4) ${µmg√{l^2 − h^2}}/{l}$ |
Решение
Дано:
$m, h, l, υ_0$
$μ, g$
$F_{тр}-?|F_{тр}|-?$
Решение:
Работа силы трения равна: $A=∆E$(1), где $∆E=E_2-E_1$(2).
Полная механическая энергия в (1) равна: $E_1=mgh+{mυ_0^2}/{2}(3), E=0$(4).
Тогда имеем: $A=∆E=E_2-E_1=0-mgh-{mυ_0^2}/{2}=-mgh-{mυ_0^2}/{2}$.
Модуль силы трения равен: $|F_{тр}|=μN=μmg·cosα$, где $cosα={√{l^2-h^2}}/{l}$, тогда имеем: $|F_{тр}|={μmg√{l^2-h^2}}/{l}$
Задача 17
Тело массой m удерживается в покое на шероховатой наклонной опоре с углом α к горизонту с помощью силы F. Коэффициент трения тела о плоскость равен µ. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) модуль силы F Б) модуль силы трения | 1) mg sin α − µmg cos α 2) mg sin α + µmg cos α 3) µmg cos α 4) mg sin α |
Решение
Дано:
$m, α, F, μ$
$|F|-?|F_{тр}|-?$
Решение:
Запишем II закон Ньютона: $m{a}↖{→}=F↖{→}+N↖{→}+{F_{тр}}↖{→}+m{g}↖{→}$(1).
В проекциях на оси Ох и Оу: $Ox: O=F+F_{тр}-mgsinα$(2)
$Oy: O=N-mgcosα$(3)
Из уравнения (2) имеем: $F=mgsinα-F_{тр}$(4), учитывая, что $F_{тр}=μN$(5) и $N=mgcosα$(6), имеем: $F=mgsinα-F_{тр}=mgsinα-μmgcosα$(8).
Задача 18
Математическому маятнику, находящемуся в положении равновесия, сообщают горизонтальный импульс, в результате чего он начинает совершать периодическое движение. Установите соответствие между физическими величинами и графиками, которые могут отражать зависимость этих величин от времени. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Графики | Физические величины |
А)  Б)  | 1) кинетическая энергия 2) потенциальная энергия 3) скорость 4) смещение от положения равновесия |
Решение
В начальный момент времени потенциальная энергия $E_п=0$Дж, в момент ${T}/{4}$ (где Т - период колебаний маятника) $E_п=max$, в момент ${T}/{2}$ $E_п=0$Дж и в момент времени ${3T}/{4}$ $E_п=max$, значит, график под буквой А) - график потенциальной энергии. График под буквой Б) - смещение от положения равновесия, т.к. оно описывается уравнением: $x=x_m·sin{2π}/{T}·t$.
Задача 19
Автомобиль массой m движется по выпуклому мосту радиусом R со скоростью v. Установите соответствие между величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические величины | Формулы |
| А) сила упругости, действующая на автомобиль со стороны моста Б) равнодействующая сила | 1) $mg$ 2) ${mv^2}/{R}$ 3) $m(g-{v^2}/{R})$ 4) $m(g +{v^2}/{R})$ |
Решение
Так как автомобиль движется по выпуклому мосту, то по вертикали вверх на него действует сила упругости, а вниз - центростремительная сила, т.е. $F_{упр}=ma_{ц.с.}=m{υ^2}/{R}$.
Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось y: $ma_{ц.с.}=mg-N$, откуда сила реакции опоры (сила упругости) равна: $N=mg-ma_{ц.с.}=m(g-{υ^2}/{R})$.
Равнодействующая сила всегда сонаправлена с ускорением - поэтому $F=mυ^2/R$
Задача 20
Автомобиль массой $m$ движется по выпуклому мосту радиусом $R$ со скоростью $v$. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.
| Физические величины | Формулы |
| А) вес автомобиля Б) центростремительное ускорение | 1) $g$ 2) ${v^2}/{R}$ 3) $m(g-{v^2}/{R})$ 4) $m(g +{v^2}/{R})$ |
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
Решение
Дано:
$m, R, υ$
$p-?a_{цс}-?$
Решение:
В верхней точке траектории на автомобиль действует сила тяжести ${mg}↖{→}$ и сила реакции опоры $N↖{→}$: запишем Второй закон Ньютона: $m{a_{цс}}↖{→}={mg}↖{→}+N↖{→}$(1), где $a_{цс}={υ^2}/{R}$(2)
В проекции на ось имеем: $ma_{цс}=mg-N$, откуда с учетом (2) имеем: $N=mg-ma_{цс}=m(g-a_{цс})=m(g-{υ^2}/{R})$
Поскольку вес тела равен силе реакции опоры, т.е. $p=N$ по 3-му закону Ньютона, то $p=m(g-{υ^2}/{R})$
