Подготовка к ЕГЭ

ЕГЭ по физике- 2017:

 значительные изменения, исключение тестовой части

ЕГЭ по физике в 2017 году станет одним из трех предметов, претерпевших самые значительные изменения: из структуры экзамена полностью исключается тестовая часть, подразумевающая выбор одного верного ответа из списка вариантов.

 Вместо этого будет значительно расширен набор заданий с краткими ответами (в виде слова, числа или последовательности цифр).

При этом распределение заданий по разделам школьного курса останется примерно таким же, как и в прошлые годы.

 Всего в первом блоке экзамена будет 21 вопрос:

• 7 –  по механике,
• 5 –  по термодинамике и МКТ,
• 6 –  по электродинамике,
• 3 –  по квантовой физике.

Вторая часть экзаменационной работы (задачи с развернутыми ответами) останется без изменений.

Первичный балл на ЕГЭ по физике также останется на уровне прошлого года.

Минимальный балл ЕГЭ в 2017 году – 36.

 ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ПО ТЕМАМ

Динамика

Алгоритм решения задач по динамике.

1. Внимательно прочитав задачу, записываем ее краткое условие, переводим единицы измерения в систему СИ, недостающие данные находим в справочном материале для ЕГЭ и дописываем условие.

2. Выполняем к задаче  рисунок,  на котором надо
а) выбрать систему координат.
б) обозначить данные задачи.
в) указать все силы, действующие на каждое из тел, длины векторов чертить с учетом реальных значений сил.
г) если не указаны направления движения, выбрать их.
д) разложить силы по направлениям осей координат, если есть необходимость.

3. Записать II закон Ньютона в общем (векторном) виде для каждого из тел.

4. Записать II закон Ньютона в проекциях на выбранные оси координат, помня при этом, что проекция положительна, если сила совпадает с направлением оси, и отрицательна, если сила противоположна ей, если в каком-то направлении нет движения - считать ускорение равным 0.

5. Решить систему полученных уравнений относительно искомой величины, если нужно найти несколько величин, то находим все.

6. Выразить силы через аналитические выражения, а так же использовать рисунок и значения сил подставить в выражение для искомой величины. Если необходимо, использовать кинематические величины.

7. Подставить в окончательное выражение данные задачи и подсчитать численное значение искомых величин в системе СИ.

Анализ решений НЕКОТОРЫХ задач с выбором ответа (серия А)

Выделим элементы знаний и приведем примеры заданий, которые вызвали затруднения у учащихся.

Механика

По механике было двенадцать заданий из сорока пяти. Из них: семь заданий с выбором ответа базового уровня (А1–А7), три задания с выбором ответа повышенного уровня (А26–А28)

1. Сонаправленность векторов силы и ускорения

Это одна из главных идей динамики Галилея–Ньютона: сила определяет ускорение тела, а не его скорость. На вопрос «Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению: 1) сила и ускорение; 2) сила и скорость; 3) сила и перемещение; 4) ускорение и перемещение?» правильный ответ (1) дали лишь 31% учащихся.

2. Понимание того, что ускорение вызывается силой, также является краеугольным камнем динамики Галилея–Ньютона

• Груз, привязанный к нити, двигался по окружности с центростремительным ускорением 3 м/с². С каким ускорением будет двигаться груз сразу после обрыва нити:
  1) 3 м/с²; 2) 7 м/с²; 3) 10 м/с²; 4) (10² + 3²)^1/2 м/с²?»

Задание выполнили 37% учащихся. Большая часть учащихся (даже из сильной группы) не понимает, что после обрыва нити на груз действует только сила тяжести, а следовательно, ускорение его равно ускорению свободного падения 10 м/с².

3. Понимание векторного характера импульса и его изменения

• Найти сумму импульсов шаров, если их модули равны 0,3 кгм/с и 0,4 кгм/с, а угол между их направлениями равен 90°».

Правильный ответ (0,5 кгм/с) выбрали 18% школьников. Зато 74% учащихся выбрали ответ 0,7 кгм/с, сложив импульсы как скалярные величины!

4. Умение применять закон сохранения энергии

• Камень бросили с балкона три раза с одинаковой по модулю начальной скоростью. Первый раз вектор скорости камня был направлен вертикально вверх, второй раз – горизонтально, в третий раз – вертикально вниз. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, то модуль скорости камня при подлете к Земле будет: 1) больше в первом случае; 2) больше во втором случае; 3) больше в третьем случае; 4) во всех случаях одинаковым?»

Большая часть учеников выбрала неверный ответ (3) чисто интуитивно, не решая задачу. Этот ответ кажется очевидным, но он неверен.

Из закона сохранения энергии mgh + mv²/2 = mu²/2 сразу следует, что u = (v² + 2gh)^1/2 – искомая скорость – не зависит от угла бросания камня, а полностью определяется начальной скоростью v и начальной высотой h.

• С какой начальной скоростью v0 надо бросить вниз мяч с высоты h, чтобы он подпрыгнул на высоту 2h:

Правильный ответ (4) выбрали всего 23% учащихся, хотя решение задачи сразу следует из закона сохранения энергии mgh + mv₀²/2 = 2mgh.

Распределение ответов по другим дистракторам (альтернативам) свидетельствует о том, что ученики не решали задачу, а отгадывали ответ.

Трудность вызвало следующее задание: «Камень массой 0,25 кг брошен вверх под углом 30° к горизонту с начальной скоростью 16 м/с. Какова кинетическая энергия камня в верхней точке траектории? Сопротивлением воздуха пренебречь».

Решение задачи возможно на основе применения закона сохранения энергии и кинематических соотношений. Однако можно сразу сообразить, что в верхней точке траектории вертикальная составляющая скорости обращается в нуль, а горизонтальная составляющая – такая же, как в начальный момент. Поэтому кинетическая энергия в верхней точке E_к = m(v cosa)²/2 = 24 Дж.

5. Понимание, что при неупругом столкновении закон сохранения механической энергии не выполняется и в этих случаях нужно применять закон сохранения импульса

• Пластилиновый шар массой 0,1 кг имеет скорость 1 м/с. Он налетает на неподвижную тележку массой 0,1 кг, прикрепленную к пружине, соединенной с неподвижной стенкой, и прилипает к ней. Чему равна полная энергия системы при ее дальнейших колебаниях: 1) 0,025 Дж; 2) 0,05 Дж; 3) 0,5 Дж; 4) 0,1 Дж? Трением пренебречь».

Большая часть учеников считала, что начальная энергия системы не изменится, а следовательно, ее полная энергия будет равна E = mv²/2 = 0,05 Дж (ответ 2). Правильный ответ (1) получается при применении закона сохранения импульса: mv = 2mu, u = v/2, E = 2mu²/2 = mu² = mv²/4.

Алгоритм решения задач на закон сохранения импульса

1. Сделать рисунок до взаимодействия тел и после их взаимодействия, учитывая, что удар мог быть упругим или неупругим.
2. Выбрать систему отсчета.
3. Выделить систему взаимодействующих тел и выяснить, какие силы для нее являются внутренними, а какие – внешними.
4. Определить импульсы всех тел системы до и после взаимодействия.
5. Если в целом система незамкнутая, но сумма проекций сил на одну из осей равна нулю, то следует написать закон сохранения лишь в проекциях на эту ось.

6. Если внешние силы пренебрежимо малы в сравнении с внутренними (как в случае удара тел), то следует написать закон сохранения суммарного импульса в векторной форме и перейти к скалярной.

Понимание векторного характера импульса и его изменения

Задача: найти сумму импульсов шаров, если их модули равны 0,3 кгм/с и 0,4 кгм/с, а угол между их направлениями равен 90°».

Правильный ответ (0,5 кгм/с) выбрали 18% школьников. Зато 74% учащихся выбрали ответ 0,7 кгм/с, сложив импульсы как скалярные величины!

Примеры решения задач на закон сохранения механической энергии

 (часть 2)

Алгоритм решения задач на закон сохранения механической энергии

1. Выбрать систему отсчета.
2. Выбрать два или более таких состояний тел системы, чтобы в число их параметров входили как известные, так и искомые величины.
3. Выбрать нулевой уровень отсчета потенциальной энергии.
4. Определить, какие силы действуют на тела системы – потенциальные или не потенциальные.
5. Если на тела системы действуют только потенциальные силы, написать закон сохранения механической энергии в виде Е₁=Е₂.

 Если на тело действуют не потенциальные силы, написать закон изменения механической энергии в виде ΔЕ=Е₂-Е₁=Е₂-Е₂=А; не потенциальная и раскрыв значения энергии в каждом из выбранных состояний и значение работы, подставить эти величины в уравнение закона и решить его относительно искомой величины.

Умение применять закон сохранения энергии

Задача: камень бросили с балкона три раза с одинаковой по модулю начальной скоростью. Первый раз вектор скорости камня был направлен вертикально вверх, второй раз – горизонтально, в третий раз – вертикально вниз. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, то модуль скорости камня при подлете к Земле будет:

1) больше в первом случае;

2) больше во втором случае;

3) больше в третьем случае;

4) во всех случаях одинаковым?»

Большая часть учеников выбрала неверный ответ (3) чисто интуитивно, не решая задачу. Этот ответ кажется очевидным, но он неверен.

Из закона сохранения энергии mgh + mv2/2 = mu2/2 сразу следует, что u = (v2 + 2gh)1/2 – искомая скорость – не зависит от угла бросания камня, а полностью определяется начальной скоростью v и начальной высотой h.

Задача: «Камень массой 0,25 кг брошен вверх под углом 30° к горизонту с начальной скоростью 16 м/с. Какова кинетическая энергия камня в верхней точке траектории? Сопротивлением воздуха пренебречь».

Решение задачи возможно на основе применения закона сохранения энергии и кинематических соотношений. Однако можно сразу сообразить, что в верхней точке траектории вертикальная составляющая скорости обращается в нуль, а горизонтальная составляющая – такая же, как в начальный момент. Поэтому кинетическая энергия в верхней точке Eк = m(v cosa)2/2 = 24 Дж.

Необходимо помнить, что при неупругом столкновении закон сохранения механической энергии не выполняется и в этих случаях нужно применять закон сохранения импульса

Задача: пластилиновый шар массой 0,1 кг имеет скорость 1 м/с. Он налетает на неподвижную тележку массой 0,1 кг, прикрепленную к пружине, соединенной с неподвижной стенкой, и прилипает к ней. Чему равна полная энергия системы при ее дальнейших колебаниях (трением пренебречь)»:

 1) 0,025 Дж;

 2) 0,05 Дж;

 3) 0,5 Дж;

4) 0,1 Дж.

Большая часть учеников считала, что начальная энергия системы не изменится, а следовательно, ее полная энергия будет равна E = mv2/2 = 0,05 Дж (ответ 2).

 Правильный ответ (1) получается при применении закона сохранения импульса: mv = 2mu, u = v/2, E = 2mu2/2 = mu2 = mv2/4.

Молекулярная физика. Термодинамика.

Задача (74CAE0)

В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают вдвигать в сосуд. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.

РЕШЕНИЕ:

Если в сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар, то такой пар становится насыщенным, т.е. число молекул, покинувших жидкость становится равным числу молекул вернувшихся в жидкость при конденсации пара. При вдвигании поршня уменьшается объём пара, следовательно увеличивается его концентрация. Что приводит к увеличению числа молекул вернувшихся в жидкость, и концентрация восстанавливается, а масса жидкости при этом увеличивается.

Задача (CC452C)

В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии U газа и передаваемое ему количество теплоты Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. 

РЕШЕНИЕ:

При переходе газа из состояния 1 в состояние 2 внутренняя энергия газа не меняется, следовательно 1 закон термодинамики ΔU = Q – A^’  , (где Q - количество теплоты получаемое газом, а A^’ – работа газа) примет вид Q = A^’ . Из графика видно, что газ получает количество теплоты Q> 0, следовательно работа газа тоже положительная A^’ > 0. Работа газа определяется формулой A^’ = Р ( V₂ – V₁ ), следовательно ( V₂ – V₁ ) > 0 и V₂ > V_1.Объём газа увеличивается.

При переходе газа из состояния 2 в состояние 3 внутренняя энергия газа уменьшается, Q - количество теплоты  не меняется. 1 закон термодинамики ΔU = Q – A^’  примет вид ΔU = – A^’ . Работа газа отрицательная величина, следовательно  ( V₂ – V₁ ) < 0 и  V₂ <  V₁. Газ сжимают, его объём уменьшается.

Задача  (1A51B6)

 Две порции одного и того же идеального газа нагреваются в сосудах одинакового объёма. Графики процессов представлены на рисунке. Почему изохора I лежит выше изохоры II? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения. 

РЕШЕНИЕ:

Состояние идеального газа характеризуется уравнением Клапейрона – Менделеева PV = mRT/M, где Р – давление газа. V– его объем. Т –температура, R– универсальная газовая постоянная, m– масса газа, M– молярная масса газа. Из уравнения видно, что при всех прочих равных параметрах ( V, T, M)наибольшему давлению будет соответствовать наибольшая масса газа, т.к. это означает большее число молекул газа, участвующих в создании давления P = nkT. Следовательно, изохора I лежит выше изохоры II, потому что эта порция газа имеет большую массу.

Задача (97B0CB)

В опыте, иллюстрирующем зависимость температуры кипения от давления воздуха (рис. а), кипение воды под колоколом воздушного насоса происходит уже при комнатной температуре, если давление достаточно мало.

рис. а

Используя график зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. б), укажите, какое давление воздуха нужно создать под колоколом насоса, чтобы вода закипела при 40 °С. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

РЕШЕНИЕ:

Из графика видно, то давление насыщенного пара при температуре  40 °С равно P₀ = 70 гПа.

 Влажность воздуха в  пузырьках  кипящей воды 100%. Из формулы влажности воздуха ф= Р/ P₀ *100% можно найти значение Р давления воздуха под колоколом. 100% = Р/ P₀ *100%  и 1 = Р/ P₀ и тогда Р = P₀. Под колоколом надо создать давление 70 *10 гПа. Это давление меньше нормального атмосферного давления . 

Задача (CA089F)

В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t₀ долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V₀ до 6V₀.

Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V₀ до 6V₀. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались.

РЕШЕНИЕ:

В цилиндре под поршнем находится насыщенный пар. Давление насыщенного пара определяется формулой P =nkT, где n– это концентрация насыщенного пара, k– постоянная Больцмана. Из формулы видно, что давление насыщенного пара не зависит от его объёма, оно зависит только от температуры. Изменение объема газа по условию происходило изотермически, следовательно давление насыщенного пара не изменилось.

 Задача (F1E020)

На VТ-диаграмме показано, как изменялись объём и температура некоторого постоянного количества разреженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялось давление газа р на каждом из трёх участков 1–2, 2–3, 3–4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

 

РЕШЕНИЕ:

Участок 1-2: температура не менялась (изотермический процесс, закон Бойля-Мариотта). При уменьшении объёма давление увеличивается, в состоянии 2 давление газа больше, чем в состоянии 1.

Участок 2-3: изобарный процесс, давление остаётся постоянным (закон Гей-Люссака). Участок 2-3 диаграммы– это изобара, продолжение которой проходит через ноль.

Участок 3-4: изохорный процесс, объем газа не меняется. Температура газа увеличивается, следовательно по закону Шарля давление возрастает.