Neue Optionen für die Prüfung in Physik fipi. Materialien zur Vorbereitung auf das Einheitliche Staatsexamen in Physik

Spezifikation
Kontrollmessmaterialien
für die Abhaltung des einheitlichen Staatsexamens im Jahr 2017
in PHYSIK

1. Zweck des KIM-Staatsexamens

Das Einheitliche Staatsexamen (im Folgenden Einheitliches Staatsexamen genannt) ist eine Form der objektiven Beurteilung der Ausbildungsqualität von Personen, die Bildungsgänge der weiterführenden Allgemeinbildung gemeistert haben, anhand von Aufgaben standardisierter Form (Kontrollmessmaterialien).

Das Einheitliche Staatsexamen wird gemäß dem Bundesgesetz Nr. 273-FZ vom 29. Dezember 2012 „Über Bildung in der Russischen Föderation“ durchgeführt.

Kontrollmessmaterialien ermöglichen es, den Grad der Beherrschung von Absolventen der Bundeskomponente des staatlichen Bildungsstandards der sekundären (vollständigen) Allgemeinbildung in Physik, Grund- und Spezialniveau festzustellen.

Die Ergebnisse des einheitlichen Staatsexamens in Physik werden von Bildungsträgern der berufsbildenden Sekundarstufe und Bildungsträgern der höheren Berufsbildung als Ergebnisse von Aufnahmetests in Physik anerkannt.

2. Dokumente, die den Inhalt des Einheitlichen Staatsexamens KIM definieren

3. Ansätze zur Auswahl der Inhalte und Entwicklung der Struktur des Einheitlichen Staatsexamens KIM

Jede Version der Prüfungsarbeit umfasst kontrollierte Inhaltselemente aus allen Abschnitten des Schulphysikstudiums, wobei für jeden Abschnitt Aufgaben aller taxonomischen Ebenen angeboten werden. Die aus Sicht der Weiterbildung an Hochschulen wichtigsten Inhaltselemente werden in derselben Version mit Aufgaben unterschiedlicher Komplexität beherrscht. Die Anzahl der Aufgaben für einen bestimmten Abschnitt richtet sich nach seinem Inhalt und im Verhältnis zu der für sein Studium vorgesehenen Unterrichtszeit gemäß dem ungefähren Physikprogramm. Die verschiedenen Pläne, nach denen Prüfungsoptionen erstellt werden, basieren auf dem Prinzip der Inhaltsergänzung, sodass im Allgemeinen alle Optionenreihen eine Diagnose für die Entwicklung aller im Kodifizierer enthaltenen Inhaltselemente bereitstellen.

Bei der Gestaltung eines KMG steht die Notwendigkeit im Vordergrund, die in der Norm vorgesehenen Arten von Aktivitäten zu testen (unter Berücksichtigung der Einschränkungen bei den Bedingungen der massenhaften schriftlichen Prüfung der Kenntnisse und Fähigkeiten der Studierenden): Beherrschung des konzeptionellen Apparats eines Physikkurses, Beherrschung methodischer Kenntnisse, Anwendung von Wissen zur Erklärung physikalischer Phänomene und zur Lösung von Problemen. Die Beherrschung der Fähigkeiten im Umgang mit Informationen physischen Inhalts wird indirekt durch den Einsatz verschiedener Methoden der Informationsdarstellung in Texten (Grafiken, Tabellen, Diagramme und schematische Zeichnungen) getestet.

Die wichtigste Tätigkeitsform im Hinblick auf eine erfolgreiche Fortsetzung der Ausbildung an einer Hochschule ist die Problemlösung. Jede Option umfasst Aufgaben für alle Abschnitte unterschiedlicher Komplexität, sodass Sie die Fähigkeit testen können, physikalische Gesetze und Formeln sowohl in Standard-Bildungssituationen als auch in nicht-traditionellen Situationen anzuwenden, die die Manifestation eines relativ hohen Maßes an Unabhängigkeit bei der Kombination bekannter Dinge erfordern Aktionsalgorithmen oder Erstellen eines eigenen Plans zur Erledigung einer Aufgabe.

Die Objektivität der Aufgabenprüfung mit detaillierter Beantwortung wird durch einheitliche Bewertungskriterien, die Beteiligung zweier unabhängiger Gutachter an der Begutachtung einer Arbeit, die Möglichkeit der Bestellung eines dritten Gutachters und das Vorhandensein eines Berufungsverfahrens gewährleistet.

Das Einheitliche Staatsexamen in Physik ist eine Wahlprüfung für Absolventen und dient der Differenzierung beim Hochschulzugang. Zu diesem Zweck umfasst die Arbeit Aufgaben in drei Schwierigkeitsgraden. Durch das Erledigen von Aufgaben auf einem grundlegenden Komplexitätsniveau können Sie den Grad der Beherrschung der wichtigsten Inhaltselemente eines Physikkurses an weiterführenden Schulen und der Beherrschung der wichtigsten Arten von Aktivitäten beurteilen.

Unter den Aufgaben der Grundstufe werden Aufgaben unterschieden, deren Inhalt dem Standard der Grundstufe entspricht. Die Mindestpunktzahl für das Einheitliche Staatsexamen in Physik, die die Beherrschung eines weiterführenden (vollständigen) Allgemeinbildungsprogramms in Physik bestätigt, wird auf der Grundlage der Anforderungen für die Beherrschung des Grundniveaus festgelegt. Der Einsatz von Aufgaben mit erhöhtem und hohem Komplexitätsgrad in der Prüfungsarbeit ermöglicht es uns, den Grad der Vorbereitung eines Studierenden auf die Fortsetzung seiner Ausbildung an einer Universität einzuschätzen.

4. Struktur des einheitlichen Staatsexamens KIM

Jede Version der Prüfungsarbeit besteht aus 2 Teilen und umfasst 32 Aufgaben, die sich in Form und Schwierigkeitsgrad unterscheiden (Tabelle 1).

Teil 1 enthält 24 Aufgaben, davon 9 Aufgaben zum Auswählen und Notieren der Zahl der richtigen Antwort und 15 Aufgaben mit einer Kurzantwort, darunter Aufgaben zum selbstständigen Notieren der Antwort in Form einer Zahl, sowie Zuordnungs- und Multiple-Choice-Aufgaben in denen Antworten erforderlich sind, schreiben Sie als Zahlenfolge.

Teil 2 enthält 8 Aufgaben, die durch eine gemeinsame Aktivität vereint sind – Problemlösung. Davon 3 Aufgaben mit einer kurzen Antwort (25-27) und 5 Aufgaben (28-32), bei denen Sie eine ausführliche Antwort geben müssen.

Reihe „Einheitliches Staatsexamen. FIPI - Schule“ wurde von den Entwicklern von Kontrollmessmaterialien (CMM) des einheitlichen Staatsexamens erstellt.
Die Sammlung enthält:
30 Standardprüfungsoptionen, zusammengestellt gemäß dem Entwurf der Demoversion des KIM Unified State Exam in Physics 2017;
Hinweise zur Erledigung der Prüfungsarbeit;
Antworten auf alle Aufgaben;
Evaluationskriterien.
Durch die Bewältigung der Aufgaben der Standardprüfungen haben die Studierenden die Möglichkeit, sich selbstständig auf die staatliche Abschlusszertifizierung in Form des Einheitlichen Staatsexamens vorzubereiten und den Stand ihrer Prüfungsvorbereitung objektiv einzuschätzen. Lehrer können Standardprüfungsoptionen verwenden, um die Überwachung der Ergebnisse der Beherrschung der Bildungsprogramme der weiterführenden Allgemeinbildung durch die Schüler und die intensive Vorbereitung der Schüler auf das Einheitliche Staatsexamen zu organisieren.

Beispiele.
Ein Würfel mit einer Masse von 1 kg ruht auf einem glatten horizontalen Tisch und wird von den Seiten durch Federn zusammengedrückt (siehe Abbildung). Die erste Feder wird um 4 cm zusammengedrückt, die zweite um 3 cm. Die Steifigkeit der zweiten Feder beträgt k 2 = 600 N/m. Wie groß ist die Steifigkeit der ersten Feder k? 1 ?

Die Frequenz der freien vertikalen harmonischen Schwingungen eines Federpendels beträgt 4 Hz. Wie hoch wird die Frequenz solcher Schwingungen des Pendels sein, wenn die Steifigkeit seiner Feder um das Vierfache erhöht wird?

Im Trägheitsbezugssystem entlang der O-Achse X Ein Körper mit einer Masse von 20 kg bewegt sich. Die Abbildung zeigt einen Graphen der Geschwindigkeitsprojektion V X dieses Körpers ab der Zeit t. Wählen Sie aus der Liste unten zwei richtige Aussagen aus und geben Sie deren Nummern an.
1) Der Körperbeschleunigungsmodul im Zeitintervall von 0 bis 20 s ist doppelt so groß wie der Körperbeschleunigungsmodul im Zeitintervall von 60 bis 80 s.
2) Im Zeitintervall von 0 bis 10 s bewegte sich der Körper 20 m.
3) Zum Zeitpunkt 40 s ist die Resultierende der auf den Körper wirkenden Kräfte gleich 0.
4) Im Zeitintervall von 80 bis 100 s nahm der Impuls des Körpers um 60 kg m/s ab.
5) Die kinetische Energie des Körpers hat sich im Zeitraum von 10 bis 20 s um das Zweifache erhöht.

Durch den Übergang eines künstlichen Erdsatelliten von einer Kreisbahn in eine andere nimmt seine Zentripetalbeschleunigung ab. Wie verändern sich durch diesen Übergang der Umlaufradius des Satelliten und seine Geschwindigkeit im Orbit um die Erde?
Bestimmen Sie für jede Menge die entsprechende Art der Änderung:
1) erhöht sich
2) nimmt ab
3) ändert sich nicht
Notieren Sie die ausgewählten Zahlen für jede physikalische Größe in der Tabelle. Die Zahlen in der Antwort dürfen wiederholt werden.

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Vorbereitung auf die OGE und das Einheitliche Staatsexamen

Sekundarschulbildung

Linie UMK A.V. Grachev. Physik (10-11) (Grundkenntnisse, Fortgeschrittene)

Linie UMK A.V. Grachev. Physik (7-9)

Linie UMK A.V. Peryshkin. Physik (7-9)

Vorbereitung auf das Einheitliche Staatsexamen in Physik: Beispiele, Lösungen, Erklärungen

Wir analysieren mit dem Lehrer die Aufgaben des Einheitlichen Staatsexamens in Physik (Option C).

Lebedeva Alevtina Sergeevna, Physiklehrerin, 27 Jahre Berufserfahrung. Ehrenurkunde des Bildungsministeriums der Region Moskau (2013), Dankbarkeit des Leiters des Stadtbezirks Voskresensky (2015), Urkunde des Präsidenten des Verbandes der Lehrer für Mathematik und Physik der Region Moskau (2015).

Die Arbeit präsentiert Aufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade: einfach, fortgeschritten und hoch. Aufgaben auf Basisniveau sind einfache Aufgaben, die die Beherrschung der wichtigsten physikalischen Konzepte, Modelle, Phänomene und Gesetze testen. Aufgaben für Fortgeschrittene zielen darauf ab, die Fähigkeit zu testen, Konzepte und Gesetze der Physik zur Analyse verschiedener Prozesse und Phänomene zu verwenden, sowie die Fähigkeit, Probleme mithilfe eines oder zweier Gesetze (Formeln) zu einem der Themen des Schulphysikkurses zu lösen. In der Arbeit 4 handelt es sich bei den Aufgaben des Teils 2 um Aufgaben von hoher Komplexität, die die Fähigkeit prüfen, die Gesetze und Theorien der Physik in einer veränderten oder neuen Situation anzuwenden. Die Lösung solcher Aufgaben erfordert die gleichzeitige Anwendung von Kenntnissen aus zwei oder drei Teilgebieten der Physik, d.h. hohes Ausbildungsniveau. Diese Option entspricht vollständig der Demoversion des Einheitlichen Staatsexamens 2017; die Aufgaben werden aus dem offenen Aufgabenkatalog des Einheitlichen Staatsexamens übernommen.

Die Abbildung zeigt ein Diagramm des Geschwindigkeitsmoduls über der Zeit T. Bestimmen Sie aus der Grafik die vom Auto im Zeitintervall von 0 bis 30 s zurückgelegte Strecke.

Lösung. Der Weg, den ein Auto im Zeitintervall von 0 bis 30 s zurücklegt, lässt sich am einfachsten als die Fläche eines Trapezes definieren, dessen Grundlagen die Zeitintervalle (30 – 0) = 30 s und (30 – 10) sind ) = 20 s, und die Höhe ist die Geschwindigkeit v= 10 m/s, d.h.

S =	(30 + 20) Mit	10 m/s = 250 m.
	2

Antwort. 250 m.

Eine 100 kg schwere Last wird mit einem Seil senkrecht nach oben gehoben. Die Abbildung zeigt die Abhängigkeit der Geschwindigkeitsprojektion V Belastung der nach oben gerichteten Achse als Funktion der Zeit T. Bestimmen Sie den Modul der Seilzugkraft während des Hubs.

Lösung. Gemäß dem Geschwindigkeitsprojektionsabhängigkeitsdiagramm v Belastung einer vertikal nach oben gerichteten Achse als Funktion der Zeit T können wir die Projektion der Beschleunigung der Last bestimmen

A =	∆v	=	(8 – 2) m/s	= 2 m/s 2.
	∆T		3 s

Auf die Last wirken: die senkrecht nach unten gerichtete Schwerkraft und die senkrecht nach oben gerichtete Zugkraft des Seils entlang des Seils (siehe Abb. 2. Schreiben wir die Grundgleichung der Dynamik auf. Lassen Sie uns das zweite Newtonsche Gesetz verwenden. Die geometrische Summe der auf einen Körper wirkenden Kräfte ist gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der auf ihn ausgeübten Beschleunigung.

+ = (1)

Schreiben wir die Gleichung für die Projektion von Vektoren in das mit der Erde verbundene Bezugssystem und richten die OY-Achse nach oben. Die Projektion der Zugkraft ist positiv, da die Richtung der Kraft mit der Richtung der OY-Achse übereinstimmt, die Projektion der Schwerkraft ist negativ, da der Kraftvektor der OY-Achse entgegengesetzt ist, die Projektion des Beschleunigungsvektors ist ebenfalls positiv, der Körper bewegt sich also mit Aufwärtsbeschleunigung. Wir haben

T – mg = ma (2);

aus Formel (2) Zugkraftmodul

T = M(G + A) = 100 kg (10 + 2) m/s 2 = 1200 N.

Antwort. 1200 N.

Der Körper wird mit einer konstanten Geschwindigkeit, deren Modul 1,5 m/s beträgt, entlang einer rauen horizontalen Oberfläche gezogen, wodurch eine Kraft auf ihn ausgeübt wird, wie in Abbildung (1) dargestellt. In diesem Fall beträgt der Modul der auf den Körper wirkenden Gleitreibungskraft 16 N. Welche Kraft entwickelt die Kraft? F?

Lösung. Stellen wir uns den in der Problemstellung genannten physikalischen Vorgang vor und erstellen wir eine schematische Zeichnung, in der alle auf den Körper wirkenden Kräfte dargestellt sind (Abb. 2). Schreiben wir die Grundgleichung der Dynamik auf.

Tr + + = (1)

Nachdem wir ein Bezugssystem ausgewählt haben, das einer festen Oberfläche zugeordnet ist, schreiben wir die Gleichungen für die Projektion von Vektoren auf die ausgewählten Koordinatenachsen. Je nach Problemstellung bewegt sich der Körper gleichmäßig, da seine Geschwindigkeit konstant ist und 1,5 m/s beträgt. Das bedeutet, dass die Beschleunigung des Körpers Null ist. Auf den Körper wirken horizontal zwei Kräfte: die Gleitreibungskraft tr. und die Kraft, mit der der Körper gezogen wird. Die Projektion der Reibungskraft ist negativ, da der Kraftvektor nicht mit der Richtung der Achse übereinstimmt X. Kraftprojektion F positiv. Wir erinnern Sie daran, dass wir zum Ermitteln der Projektion die Senkrechte vom Anfang und Ende des Vektors zur ausgewählten Achse absenken. Unter Berücksichtigung dessen haben wir: F cosα – F tr = 0; (1) Lassen Sie uns die Kraftprojektion ausdrücken F, Das F cosα = F tr = 16 N; (2) dann ist die von der Kraft entwickelte Kraft gleich N = F cosα V(3) Nehmen wir unter Berücksichtigung von Gleichung (2) eine Ersetzung vor und setzen die entsprechenden Daten in Gleichung (3) ein:

N= 16 N · 1,5 m/s = 24 W.

Antwort. 24 W.

Eine an einer leichten Feder mit einer Steifigkeit von 200 N/m befestigte Last erfährt vertikale Schwingungen. Die Abbildung zeigt ein Diagramm der Verschiebungsabhängigkeit X von Zeit zu Zeit laden T. Bestimmen Sie die Masse der Ladung. Runden Sie Ihre Antwort auf eine ganze Zahl.

Lösung. Eine Masse auf einer Feder unterliegt vertikalen Schwingungen. Laut Lastverlagerungsdiagramm X von Zeit T, bestimmen wir die Schwingungsdauer der Last. Die Schwingungsdauer ist gleich T= 4 s; aus der Formel T= 2π lasst uns die Masse ausdrücken M Ladung

=	T	;	M	=	T 2	; M = k	T 2	; M= 200 N/m	(4 s) 2	= 81,14 kg ≈ 81 kg.
	2π		k		4π 2		4π 2		39,438

Antwort: 81 kg.

Die Abbildung zeigt ein System aus zwei Lichtblöcken und einem Schwerelosigkeitskabel, mit dem Sie das Gleichgewicht halten oder eine 10 kg schwere Last heben können. Die Reibung ist vernachlässigbar. Wählen Sie basierend auf der Analyse der obigen Abbildung aus zwei wahre Aussagen und geben Sie deren Zahlen in Ihrer Antwort an.

1. Um die Last im Gleichgewicht zu halten, müssen Sie mit einer Kraft von 100 N auf das Seilende einwirken.
2. Das in der Abbildung dargestellte Blocksystem bringt keinen Festigkeitsgewinn.
3. H, müssen Sie einen Abschnitt der Seillänge 3 herausziehen H.
4. Eine Last langsam auf eine Höhe heben HH.

Lösung. Bei diesem Problem ist es notwendig, sich an einfache Mechanismen zu erinnern, nämlich Blöcke: einen beweglichen und einen festen Block. Der bewegliche Block sorgt für einen doppelten Kraftgewinn, während der Seilabschnitt doppelt so lang gezogen werden muss und der feste Block zur Kraftumleitung dient. In der Arbeit gibt es keine einfachen Gewinnmechanismen. Nach der Analyse des Problems wählen wir sofort die notwendigen Aussagen aus:

1. Eine Last langsam auf eine Höhe heben H, müssen Sie einen Abschnitt der Seillänge 2 herausziehen H.
2. Um die Last im Gleichgewicht zu halten, müssen Sie mit einer Kraft von 50 N auf das Seilende einwirken.

Antwort. 45.

Ein an einem schwerelosen und nicht dehnbaren Faden befestigtes Aluminiumgewicht wird vollständig in ein Gefäß mit Wasser eingetaucht. Die Ladung berührt nicht die Wände und den Boden des Behälters. Dann wird ein Eisengewicht, dessen Masse der Masse des Aluminiumgewichts entspricht, in dasselbe Gefäß mit Wasser getaucht. Wie ändern sich dadurch der Modul der Zugkraft des Fadens und der Modul der auf die Last wirkenden Schwerkraft?

1. Erhöht sich;
2. Nimmt ab;
3. Ändert sich nicht.

Lösung. Wir analysieren den Zustand des Problems und heben diejenigen Parameter hervor, die sich während der Studie nicht ändern: Dies sind die Masse des Körpers und die Flüssigkeit, in die der Körper an einem Faden eingetaucht wird. Danach ist es besser, eine schematische Zeichnung anzufertigen und die auf die Last wirkenden Kräfte anzugeben: Fadenspannung F Kontrolle, entlang des Fadens nach oben gerichtet; Schwerkraft senkrecht nach unten gerichtet; Archimedische Kraft A, wirkt von der Seite der Flüssigkeit auf den eingetauchten Körper und ist nach oben gerichtet. Je nach Problemstellung ist die Masse der Lasten gleich, daher ändert sich der Modul der auf die Last wirkenden Schwerkraft nicht. Da die Dichte der Ladung unterschiedlich ist, ist auch das Volumen unterschiedlich.

V =	M	.
	P

Die Dichte von Eisen beträgt 7800 kg/m3 und die Dichte von Aluminiumladung beträgt 2700 kg/m3. Somit, V Und< V a. Der Körper befindet sich im Gleichgewicht, die Resultierende aller auf den Körper wirkenden Kräfte ist Null. Richten wir die OY-Koordinatenachse nach oben. Wir schreiben die Grundgleichung der Dynamik unter Berücksichtigung der Kräfteprojektion in die Form F Steuerung + F a – mg= 0; (1) Lassen Sie uns die Spannungskraft ausdrücken F Kontrolle = mg – F a(2); Die archimedische Kraft hängt von der Dichte der Flüssigkeit und dem Volumen des eingetauchten Körperteils ab F a = ρ gV p.h.t. (3); Die Dichte der Flüssigkeit ändert sich nicht und das Volumen des Eisenkörpers wird kleiner V Und< V a Daher ist die auf die Eisenlast wirkende archimedische Kraft geringer. Wir schließen daraus, dass der Modul der Spannungskraft des Fadens mit Gleichung (2) zunehmen wird.

Antwort. 13.

Ein Masseblock M gleitet von einer festen groben schiefen Ebene mit einem Winkel α an der Basis. Der Beschleunigungsmodul des Blocks ist gleich A, der Modul der Geschwindigkeit des Blocks erhöht sich. Der Luftwiderstand kann vernachlässigt werden.

Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen und Formeln her, mit denen sie berechnet werden können. Wählen Sie für jede Position in der ersten Spalte die entsprechende Position aus der zweiten Spalte aus und notieren Sie die ausgewählten Zahlen in der Tabelle unter den entsprechenden Buchstaben.

B) Reibungskoeffizient zwischen einem Block und einer schiefen Ebene

3) mg cosα

4) sinα –	A
	G cosα

Lösung. Diese Aufgabe erfordert die Anwendung der Newtonschen Gesetze. Wir empfehlen, eine schematische Zeichnung anzufertigen; geben alle kinematischen Merkmale der Bewegung an. Stellen Sie nach Möglichkeit den Beschleunigungsvektor und die Vektoren aller auf den sich bewegenden Körper wirkenden Kräfte dar; Denken Sie daran, dass die auf einen Körper wirkenden Kräfte das Ergebnis der Wechselwirkung mit anderen Körpern sind. Schreiben Sie dann die Grundgleichung der Dynamik auf. Wählen Sie ein Referenzsystem und schreiben Sie die resultierende Gleichung für die Projektion von Kraft- und Beschleunigungsvektoren auf;

Nach dem vorgeschlagenen Algorithmus erstellen wir eine schematische Zeichnung (Abb. 1). Die Abbildung zeigt die auf den Schwerpunkt des Blocks wirkenden Kräfte und die Koordinatenachsen des Bezugssystems, die der Oberfläche der schiefen Ebene zugeordnet sind. Da alle Kräfte konstant sind, wird die Bewegung des Blocks mit zunehmender Geschwindigkeit gleichmäßig variabel sein, d. h. Der Beschleunigungsvektor ist in Bewegungsrichtung gerichtet. Wählen wir die Richtung der Achsen wie in der Abbildung gezeigt. Schreiben wir die Projektionen der Kräfte auf die ausgewählten Achsen auf.

Schreiben wir die Grundgleichung der Dynamik auf:

Tr + = (1)

Schreiben wir diese Gleichung (1) für die Projektion von Kräften und Beschleunigungen.

Auf der OY-Achse: Die Projektion der Bodenreaktionskraft ist positiv, da der Vektor mit der Richtung der OY-Achse übereinstimmt Ny = N; die Projektion der Reibungskraft ist Null, da der Vektor senkrecht zur Achse steht; Die Projektion der Schwerkraft wird negativ und gleich sein mg y= – mg cosα; Beschleunigungsvektorprojektion ein y= 0, da der Beschleunigungsvektor senkrecht zur Achse steht. Wir haben N – mg cosα = 0 (2) Aus der Gleichung drücken wir die Reaktionskraft aus, die von der Seite der schiefen Ebene auf den Block wirkt. N = mg cosα (3). Schreiben wir die Projektionen auf der OX-Achse auf.

Auf der OX-Achse: Kraftprojektion N ist gleich Null, da der Vektor senkrecht zur OX-Achse steht; Die Projektion der Reibungskraft ist negativ (der Vektor ist relativ zur ausgewählten Achse in die entgegengesetzte Richtung gerichtet); die Projektion der Schwerkraft ist positiv und gleich mg x = mg sinα (4) aus einem rechtwinkligen Dreieck. Die Beschleunigungsprojektion ist positiv ein x = A; Dann schreiben wir Gleichung (1) unter Berücksichtigung der Projektion mg sinα – F tr = ma (5); F tr = M(G sinα – A) (6); Denken Sie daran, dass die Reibungskraft proportional zur Normaldruckkraft ist N.

A-Priorat F tr = μ N(7) drücken wir den Reibungskoeffizienten des Blocks auf der schiefen Ebene aus.

μ =	F tr	=	M(G sinα – A)	= tgα –	A	(8).
	N		mg cosα		G cosα

Wir wählen für jeden Buchstaben die passenden Positionen aus.

Antwort. A – 3; B – 2.

Aufgabe 8. Gasförmiger Sauerstoff befindet sich in einem Gefäß mit einem Volumen von 33,2 Litern. Der Gasdruck beträgt 150 kPa, seine Temperatur beträgt 127 °C. Bestimmen Sie die Masse des Gases in diesem Gefäß. Geben Sie Ihre Antwort in Gramm an und runden Sie sie auf die nächste ganze Zahl auf.

Lösung. Es ist wichtig, auf die Umrechnung der Einheiten in das SI-System zu achten. Temperatur in Kelvin umrechnen T = T°C + 273, Volumen V= 33,2 l = 33,2 · 10 –3 m 3 ; Wir wandeln den Druck um P= 150 kPa = 150.000 Pa. Verwendung der idealen Gaszustandsgleichung

Drücken wir die Masse des Gases aus.

Achten Sie unbedingt darauf, welche Einheiten aufgefordert werden, die Antwort aufzuschreiben. Es ist sehr wichtig.

Antwort.'48

Aufgabe 9. Ein ideales einatomiges Gas in einer Menge von 0,025 Mol, das adiabatisch expandiert. Gleichzeitig sank die Temperatur von +103°C auf +23°C. Wie viel Arbeit hat das Gas geleistet? Geben Sie Ihre Antwort in Joule an und runden Sie sie auf die nächste ganze Zahl auf.

Lösung. Erstens hat das Gas eine einatomige Anzahl von Freiheitsgraden ich= 3, zweitens expandiert das Gas adiabatisch – also ohne Wärmeaustausch Q= 0. Das Gas arbeitet, indem es die innere Energie verringert. Unter Berücksichtigung dessen schreiben wir den ersten Hauptsatz der Thermodynamik in der Form 0 = ∆ U + A G; (1) Lassen Sie uns die Gasarbeit ausdrücken A g = –∆ U(2); Wir schreiben die Änderung der inneren Energie für ein einatomiges Gas als

Antwort. 25 J.

Die relative Luftfeuchtigkeit eines Teils der Luft beträgt bei einer bestimmten Temperatur 10 %. Wie oft muss der Druck dieses Luftanteils geändert werden, damit bei konstanter Temperatur seine relative Luftfeuchtigkeit um 25 % steigt?

Lösung. Fragen zu Sattdampf und Luftfeuchtigkeit bereiten Schulkindern am häufigsten Schwierigkeiten. Lassen Sie uns die Formel zur Berechnung der relativen Luftfeuchtigkeit verwenden

Abhängig von den Problembedingungen ändert sich die Temperatur nicht, was bedeutet, dass der Sättigungsdampfdruck gleich bleibt. Schreiben wir Formel (1) für zwei Luftzustände auf.

φ 1 = 10 %; φ 2 = 35 %

Lassen Sie uns den Luftdruck anhand der Formeln (2), (3) ausdrücken und das Druckverhältnis ermitteln.

P 2	=	φ 2	=	35	= 3,5
P 1		φ 1		10

Antwort. Der Druck sollte um das 3,5-fache erhöht werden.

Die heiße flüssige Substanz wurde in einem Schmelzofen bei konstanter Leistung langsam abgekühlt. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen der Temperatur eines Stoffes im Zeitverlauf.

Wählen Sie aus der bereitgestellten Liste aus zwei Aussagen, die den Ergebnissen der durchgeführten Messungen entsprechen und deren Zahlen angeben.

1. Der Schmelzpunkt der Substanz beträgt unter diesen Bedingungen 232°C.
2. In 20 Minuten. Nach Beginn der Messungen befand sich die Substanz nur noch in festem Zustand.
3. Die Wärmekapazität eines Stoffes im flüssigen und festen Zustand ist gleich.
4. Nach 30 Minuten. Nach Beginn der Messungen befand sich die Substanz nur noch in festem Zustand.
5. Der Kristallisationsprozess der Substanz dauerte mehr als 25 Minuten.

Lösung. Als die Substanz abkühlte, nahm ihre innere Energie ab. Die Ergebnisse von Temperaturmessungen ermöglichen es uns, die Temperatur zu bestimmen, bei der ein Stoff zu kristallisieren beginnt. Während ein Stoff vom flüssigen in den festen Zustand übergeht, ändert sich die Temperatur nicht. Da wir wissen, dass Schmelztemperatur und Kristallisationstemperatur gleich sind, wählen wir die Aussage:

1. Der Schmelzpunkt des Stoffes beträgt unter diesen Bedingungen 232°C.

Die zweite richtige Aussage ist:

4. Nach 30 Min. Nach Beginn der Messungen befand sich die Substanz nur noch in festem Zustand. Da die Temperatur zu diesem Zeitpunkt bereits unterhalb der Kristallisationstemperatur liegt.

Antwort. 14.

In einem isolierten System hat Körper A eine Temperatur von +40 °C und Körper B eine Temperatur von +65 °C. Diese Körper wurden miteinander in thermischen Kontakt gebracht. Nach einiger Zeit stellte sich ein thermisches Gleichgewicht ein. Wie veränderten sich dadurch die Temperatur von Körper B und die gesamte innere Energie der Körper A und B?

Bestimmen Sie für jede Menge die entsprechende Art der Änderung:

1. Erhöht;
2. Verringert;
3. Hat sich nicht geändert.

Notieren Sie die ausgewählten Zahlen für jede physikalische Größe in der Tabelle. Die Zahlen in der Antwort dürfen wiederholt werden.

Lösung. Wenn in einem isolierten System von Körpern außer dem Wärmeaustausch keine Energieumwandlungen stattfinden, dann ist die Wärmemenge, die von Körpern abgegeben wird, deren innere Energie abnimmt, gleich der Wärmemenge, die von Körpern aufgenommen wird, deren innere Energie zunimmt. (Gemäß dem Energieerhaltungssatz.) In diesem Fall ändert sich die gesamte innere Energie des Systems nicht. Probleme dieser Art werden auf Basis der Wärmebilanzgleichung gelöst.

∆U = ∑	N	∆U i = 0 (1);
	ich = 1

wo ∆ U– Veränderung der inneren Energie.

In unserem Fall nimmt durch den Wärmeaustausch die innere Energie von Körper B ab, was bedeutet, dass die Temperatur dieses Körpers sinkt. Die innere Energie von Körper A nimmt zu, da der Körper eine gewisse Wärmemenge von Körper B erhält und seine Temperatur steigt. Die gesamte innere Energie der Körper A und B ändert sich nicht.

Antwort. 23.

Proton P, das in den Spalt zwischen den Polen des Elektromagneten fliegt, hat eine Geschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeldinduktionsvektor, wie in der Abbildung gezeigt. Wo wirkt die auf das Proton wirkende Lorentzkraft relativ zur Zeichnung (nach oben, zum Beobachter hin, vom Beobachter weg, nach unten, links, rechts)?

Lösung. Auf ein geladenes Teilchen wirkt ein Magnetfeld mit der Lorentzkraft. Um die Richtung dieser Kraft zu bestimmen, ist es wichtig, sich an die Gedächtnisregel der linken Hand zu erinnern und nicht zu vergessen, die Ladung des Teilchens zu berücksichtigen. Wir führen die vier Finger der linken Hand entlang des Geschwindigkeitsvektors, bei einem positiv geladenen Teilchen sollte der Vektor senkrecht in die Handfläche eindringen, der um 90° gedrehte Daumen zeigt die Richtung der auf das Teilchen wirkenden Lorentzkraft. Als Ergebnis haben wir, dass der Lorentzkraftvektor relativ zur Figur vom Beobachter weg gerichtet ist.

Antwort. vom Beobachter.

Die Größe der elektrischen Feldstärke in einem flachen Luftkondensator mit einer Kapazität von 50 μF beträgt 200 V/m. Der Abstand zwischen den Kondensatorplatten beträgt 2 mm. Welche Ladung hat der Kondensator? Schreiben Sie Ihre Antwort in µC.

Lösung. Lassen Sie uns alle Maßeinheiten in das SI-System umrechnen. Kapazität C = 50 µF = 50 · 10 –6 F, Abstand zwischen den Platten D= 2 · 10 –3 m. Das Problem betrifft einen flachen Luftkondensator – ein Gerät zur Speicherung elektrischer Ladung und elektrischer Feldenergie. Aus der Formel der elektrischen Kapazität

Wo D– Abstand zwischen den Platten.

Lassen Sie uns die Spannung ausdrücken U=E D(4); Ersetzen wir (4) durch (2) und berechnen wir die Ladung des Kondensators.

Q = C · Ed= 50 10 –6 200 0,002 = 20 µC

Bitte achten Sie auf die Einheiten, in denen Sie die Antwort schreiben müssen. Wir haben es in Coulomb erhalten, präsentieren es aber in µC.

Antwort. 20 µC.

Der Student führte ein Experiment zur Lichtbrechung durch, das auf dem Foto zu sehen ist. Wie verändern sich der Brechungswinkel des Lichts, das sich in Glas ausbreitet, und der Brechungsindex von Glas mit zunehmendem Einfallswinkel?

1. Erhöht sich
2. Nimmt ab
3. Ändert sich nicht
4. Tragen Sie die ausgewählten Zahlen für jede Antwort in die Tabelle ein. Die Zahlen in der Antwort dürfen wiederholt werden.

Lösung. Bei Problemen dieser Art erinnern wir uns daran, was Brechung ist. Dabei handelt es sich um eine Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle beim Übergang von einem Medium in ein anderes. Dies liegt daran, dass die Welin diesen Medien unterschiedlich sind. Nachdem wir herausgefunden haben, in welches Medium sich das Licht ausbreitet, schreiben wir das Brechungsgesetz in die Form

sinα	=	N 2	,
sinβ		N 1

Wo N 2 – absoluter Brechungsindex von Glas, dem Medium, in das das Licht gelangt; N 1 ist der absolute Brechungsindex des ersten Mediums, aus dem das Licht kommt. Für Luft N 1 = 1. α ist der Einfallswinkel des Strahls auf der Oberfläche des Glashalbzylinders, β ist der Brechungswinkel des Strahls im Glas. Darüber hinaus ist der Brechungswinkel kleiner als der Einfallswinkel, da Glas ein optisch dichteres Medium ist – ein Medium mit einem hohen Brechungsindex. Die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit in Glas ist langsamer. Bitte beachten Sie, dass wir Winkel von der am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellten Senkrechten messen. Wenn Sie den Einfallswinkel vergrößern, vergrößert sich auch der Brechungswinkel. Der Brechungsindex von Glas wird dadurch nicht verändert.

Antwort.

Kupferbrücke zu einem bestimmten Zeitpunkt T 0 = 0 beginnt sich mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s entlang paralleler horizontaler Leiterschienen zu bewegen, an deren Enden ein 10-Ohm-Widerstand angeschlossen ist. Das gesamte System befindet sich in einem vertikalen, gleichmäßigen Magnetfeld. Der Widerstand des Jumpers und der Schienen ist vernachlässigbar; der Jumper steht immer senkrecht zu den Schienen. Der Fluss Ф des magnetischen Induktionsvektors durch den aus Brücke, Schienen und Widerstand gebildeten Stromkreis ändert sich im Laufe der Zeit T wie in der Grafik dargestellt.

Wählen Sie anhand der Grafik zwei richtige Aussagen aus und geben Sie deren Zahlen in Ihrer Antwort an.

1. Zu der Zeit T= 0,1 s Änderung des magnetischen Flusses durch den Stromkreis beträgt 1 mWb.
2. Induktionsstrom im Jumper im Bereich von T= 0,1 s T= 0,3 s max.
3. Der Modul der im Stromkreis entstehenden induktiven EMK beträgt 10 mV.
4. Die Stärke des im Jumper fließenden Induktionsstroms beträgt 64 mA.
5. Um die Bewegung des Jumpers aufrechtzuerhalten, wird auf ihn eine Kraft ausgeübt, deren Projektion auf die Schienenrichtung 0,2 N beträgt.

Lösung. Mithilfe eines Diagramms der Abhängigkeit des Flusses des magnetischen Induktionsvektors durch den Stromkreis von der Zeit bestimmen wir die Bereiche, in denen sich der Fluss F ändert und in denen die Flussänderung Null ist. Dadurch können wir die Zeitintervalle bestimmen, in denen ein induzierter Strom im Stromkreis auftritt. Wahre Aussage:

1) Mit der Zeit T= 0,1 s Änderung des Magnetflusses durch den Stromkreis entspricht 1 mWb ∆Ф = (1 – 0) 10 –3 Wb; Der Modul der im Stromkreis entstehenden induktiven EMK wird mit dem EMR-Gesetz bestimmt

Antwort. 13.

Bestimmen Sie anhand des Strom-Zeit-Diagramms in einem Stromkreis mit einer Induktivität von 1 mH das selbstinduktive EMK-Modul im Zeitintervall von 5 bis 10 s. Schreiben Sie Ihre Antwort in µV.

Lösung. Lassen Sie uns alle Größen in das SI-System umrechnen, d.h. Wenn wir die Induktivität von 1 mH in H umwandeln, erhalten wir 10 –3 H. Wir werden auch den in der Abbildung gezeigten Strom in mA durch Multiplikation mit 10 –3 in A umrechnen.

Die Formel für die Selbstinduktion der EMK hat die Form

In diesem Fall richtet sich das Zeitintervall nach den Bedingungen des Problems

∆T= 10 s – 5 s = 5 s

Sekunden und anhand des Diagramms bestimmen wir das Intervall der aktuellen Änderung während dieser Zeit:

∆ICH= 30 10 –3 – 20 10 –3 = 10 10 –3 = 10 –2 A.

Wir setzen Zahlenwerte in Formel (2) ein und erhalten

| Ɛ | = 2 ·10 –6 V oder 2 µV.

Antwort. 2.

Zwei transparente planparallele Platten werden fest aneinander gepresst. Ein Lichtstrahl fällt aus der Luft auf die Oberfläche der ersten Platte (siehe Abbildung). Es ist bekannt, dass der Brechungsindex der oberen Platte gleich ist N 2 = 1,77. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen physikalischen Größen und ihren Bedeutungen her. Wählen Sie für jede Position in der ersten Spalte die entsprechende Position aus der zweiten Spalte aus und notieren Sie die ausgewählten Zahlen in der Tabelle unter den entsprechenden Buchstaben.

Lösung. Um Probleme der Lichtbrechung an der Grenzfläche zwischen zwei Medien, insbesondere Probleme des Lichtdurchgangs durch planparallele Platten, zu lösen, kann folgendes Lösungsverfahren empfohlen werden: Erstellen Sie eine Zeichnung, die den Strahlengang von einem Medium zum anderen angibt ein anderer; Zeichnen Sie am Einfallspunkt des Strahls an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien eine Normale zur Oberfläche und markieren Sie die Einfalls- und Brechungswinkel. Achten Sie besonders auf die optische Dichte des betrachteten Mediums und denken Sie daran, dass der Brechungswinkel kleiner als der Einfallswinkel ist, wenn ein Lichtstrahl von einem optisch weniger dichten Medium in ein optisch dichteres Medium übergeht. Die Abbildung zeigt den Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Oberfläche, wir benötigen jedoch den Einfallswinkel. Denken Sie daran, dass Winkel anhand der am Aufprallpunkt wiederhergestellten Senkrechten bestimmt werden. Wir bestimmen, dass der Einfallswinkel des Strahls auf der Oberfläche 90° – 40° = 50°, Brechungsindex, beträgt N 2 = 1,77; N 1 = 1 (Luft).

Schreiben wir das Brechungsgesetz auf

sinβ =	Sünde50	= 0,4327 ≈ 0,433
	1,77

Zeichnen wir den ungefähren Weg des Strahls durch die Platten auf. Wir verwenden Formel (1) für die Grenzen 2–3 und 3–1. Als Antwort bekommen wir

A) Der Sinus des Einfallswinkels des Strahls an der Grenze 2–3 zwischen den Platten beträgt 2) ≈ 0,433;

B) Der Brechungswinkel des Strahls beim Überqueren der Grenze 3–1 (im Bogenmaß) beträgt 4) ≈ 0,873.

Antwort. 24.

Bestimmen Sie, wie viele α-Teilchen und wie viele Protonen infolge der thermonuklearen Fusionsreaktion erzeugt werden

+ → X+ j;

Lösung. Bei allen Kernreaktionen gelten die Gesetze zur Erhaltung der elektrischen Ladung und der Anzahl der Nukleonen. Bezeichnen wir mit x die Anzahl der Alphateilchen, y die Anzahl der Protonen. Lasst uns Gleichungen aufstellen

+ → x + y;

Wir lösen das System, das wir haben X = 1; j = 2

Antwort. 1 – α-Teilchen; 2 – Protonen.

Der Impulsmodul des ersten Photons beträgt 1,32 · 10 –28 kg m/s, das sind 9,48 · 10 –28 kg m/s weniger als der Impulsmodul des zweiten Photons. Finden Sie das Energieverhältnis E 2 /E 1 des zweiten und ersten Photons. Runden Sie Ihre Antwort auf das nächste Zehntel.

Lösung. Der Impuls des zweiten Photons ist je nach Bedingung größer als der Impuls des ersten Photons und somit darstellbar P 2 = P 1 + Δ P(1). Die Energie eines Photons kann mithilfe der folgenden Gleichungen als Impuls des Photons ausgedrückt werden. Das E = mc 2 (1) und P = mc(2) also

E = Stk (3),

Wo E– Photonenenergie, P– Photonenimpuls, m – Photonenmasse, C= 3 · 10 8 m/s – Lichtgeschwindigkeit. Unter Berücksichtigung der Formel (3) ergibt sich:

E 2	=	P 2	= 8,18;
E 1		P 1

Wir runden das Ergebnis auf Zehntel und erhalten 8,2.

Antwort. 8,2.

Der Atomkern hat einen radioaktiven Positron-β-Zerfall erfahren. Wie veränderten sich dadurch die elektrische Ladung des Kerns und die Anzahl der Neutronen darin?

Bestimmen Sie für jede Menge die entsprechende Art der Änderung:

1. Erhöht;
2. Verringert;
3. Hat sich nicht geändert.

Notieren Sie die ausgewählten Zahlen für jede physikalische Größe in der Tabelle. Die Zahlen in der Antwort dürfen wiederholt werden.

Lösung. Positron β – Der Zerfall im Atomkern erfolgt, wenn sich ein Proton unter Abgabe eines Positrons in ein Neutron umwandelt. Dadurch erhöht sich die Zahl der Neutronen im Kern um eins, die elektrische Ladung nimmt um eins ab und die Massenzahl des Kerns bleibt unverändert. Somit ist die Transformationsreaktion des Elements wie folgt:

Antwort. 21.

Im Labor wurden fünf Experimente zur Beobachtung der Beugung mit verschiedenen Beugungsgittern durchgeführt. Jedes der Gitter wurde von parallelen Strahlen monochromatischen Lichts mit einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet. In allen Fällen fiel das Licht senkrecht zum Gitter. In zwei dieser Experimente wurde die gleiche Anzahl an Hauptbeugungsmaxima beobachtet. Geben Sie zunächst die Nummer des Experiments an, bei dem ein Beugungsgitter mit kürzerer Periode verwendet wurde, und dann die Nummer des Experiments, bei dem ein Beugungsgitter mit größerer Periode verwendet wurde.

Lösung. Unter Lichtbeugung versteht man das Phänomen, dass ein Lichtstrahl in einen Bereich mit geometrischem Schatten fällt. Beugung kann beobachtet werden, wenn auf dem Weg einer Lichtwelle undurchsichtige Bereiche oder Löcher in großen Hindernissen vorhanden sind, die für Licht undurchlässig sind, und die Größe dieser Bereiche oder Löcher der Wellenlänge entspricht. Eines der wichtigsten Beugungsgeräte ist das Beugungsgitter. Die Winkelrichtungen zu den Maxima des Beugungsmusters werden durch die Gleichung bestimmt

D sinφ = kλ (1),

Wo D– Periode des Beugungsgitters, φ – Winkel zwischen der Gitternormalen und der Richtung zu einem der Maxima des Beugungsmusters, λ – Lichtwellenlänge, k– eine ganze Zahl, die als Ordnung des Beugungsmaximums bezeichnet wird. Lassen Sie uns aus Gleichung (1) ausdrücken

Bei der Auswahl der Paare entsprechend den Versuchsbedingungen wählen wir zunächst 4 aus, bei denen ein Beugungsgitter mit einer kürzeren Periode verwendet wurde, und dann die Nummer des Experiments, bei dem ein Beugungsgitter mit einer größeren Periode verwendet wurde – das ist 2.

Antwort. 42.

Strom fließt durch einen Drahtwiderstand. Der Widerstand wurde durch einen anderen ersetzt, mit einem Draht aus dem gleichen Metall und der gleichen Länge, aber mit halber Querschnittsfläche, durch den der halbe Strom floss. Wie ändern sich die Spannung am Widerstand und sein Widerstandswert?

Bestimmen Sie für jede Menge die entsprechende Art der Änderung:

1. Wird steigen;
2. Wird abnehmen;
3. Wird sich nicht ändern.

Notieren Sie die ausgewählten Zahlen für jede physikalische Größe in der Tabelle. Die Zahlen in der Antwort dürfen wiederholt werden.

Lösung. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, von welchen Werten der Leiterwiderstand abhängt. Die Formel zur Berechnung des Widerstands lautet

Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt des Stromkreises, aus Formel (2) drücken wir die Spannung aus

U = Ich R (3).

Je nach Problemstellung besteht der zweite Widerstand aus Draht gleichen Materials, gleicher Länge, aber unterschiedlicher Querschnittsfläche. Die Fläche ist doppelt so klein. Wenn wir (1) einsetzen, stellen wir fest, dass der Widerstand um das Zweifache zunimmt und der Strom um das Zweifache abnimmt, sodass sich die Spannung nicht ändert.

Antwort. 13.

Die Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels auf der Erdoberfläche ist 1,2-mal länger als die Schwingungsdauer auf einem bestimmten Planeten. Wie groß ist die Erdbeschleunigung auf diesem Planeten? Der Einfluss der Atmosphäre ist in beiden Fällen vernachlässigbar.

Lösung. Ein mathematisches Pendel ist ein System bestehend aus einem Faden, dessen Abmessungen viel größer sind als die Abmessungen der Kugel und der Kugel selbst. Schwierigkeiten können entstehen, wenn man Thomsons Formel für die Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels vergisst.

T= 2π (1);

l– Länge des mathematischen Pendels; G- Erdbeschleunigung.

Nach Bedingung

Lassen Sie uns aus (3) ausdrücken G n = 14,4 m/s 2. Es ist zu beachten, dass die Erdbeschleunigung von der Masse des Planeten und dem Radius abhängt

Antwort. 14,4 m/s2.

Ein gerader Leiter von 1 m Länge, durch den ein Strom von 3 A fließt, befindet sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld mit Induktion IN= 0,4 Tesla bei einem Winkel von 30° zum Vektor. Wie groß ist die Kraft, die vom Magnetfeld auf den Leiter wirkt?

Lösung. Wenn Sie einen stromdurchflossenen Leiter in ein Magnetfeld bringen, wirkt das Feld auf den stromdurchflossenen Leiter mit einer Ampere-Kraft. Schreiben wir die Formel für den Ampere-Kraftmodul auf

F A = Ich LB sinα ;

F A = 0,6 N

Antwort. F A = 0,6 N.

Die in der Spule gespeicherte Magnetfeldenergie, wenn ein Gleichstrom durch sie fließt, beträgt 120 J. Wie oft muss die Stärke des durch die Spulenwicklung fließenden Stroms erhöht werden, damit die darin gespeicherte Magnetfeldenergie zunimmt von 5760 J.

Lösung. Die Energie des Magnetfelds der Spule wird nach der Formel berechnet

W m =	LI 2	(1);
	2

Nach Bedingung W 1 = 120 J also W 2 = 120 + 5760 = 5880 J.

ICH 1 2 =	2W 1	; ICH 2 2 =	2W 2	;
	L		L

Dann das aktuelle Verhältnis

ICH 2 2	= 49;	ICH 2	= 7
ICH 1 2		ICH 1

Antwort. Die Stromstärke muss um das Siebenfache erhöht werden. Auf dem Antwortformular tragen Sie lediglich die Zahl 7 ein.

Ein Stromkreis besteht aus zwei Glühbirnen, zwei Dioden und einer Drahtwindung, die wie in der Abbildung dargestellt verbunden sind. (Eine Diode lässt den Strom nur in eine Richtung fließen, wie oben im Bild gezeigt.) Welche der Glühbirnen leuchtet auf, wenn der Nordpol des Magneten näher an die Spule gebracht wird? Begründen Sie Ihre Antwort, indem Sie angeben, welche Phänomene und Muster Sie in Ihrer Erklärung verwendet haben.

Lösung. Magnetische Induktionslinien gehen vom Nordpol des Magneten aus und divergieren. Wenn sich der Magnet nähert, nimmt der magnetische Fluss durch die Drahtspule zu. Gemäß der Lenzschen Regel muss das durch den induktiven Strom der Spule erzeugte Magnetfeld nach rechts gerichtet sein. Gemäß der Bohrerregel sollte der Strom im Uhrzeigersinn fließen (von links gesehen). Die Diode im zweiten Lampenkreis leitet in diese Richtung. Dies bedeutet, dass die zweite Lampe aufleuchtet.

Antwort. Die zweite Lampe leuchtet auf.

Länge der Aluminiumspeichen L= 25 cm und Querschnittsfläche S= 0,1 cm 2 am oberen Ende an einem Faden aufgehängt. Das untere Ende liegt auf dem waagerechten Boden des Gefäßes auf, in das Wasser gegossen wird. Länge des eingetauchten Teils der Speiche l= 10 cm. Finden Sie die Kraft F, mit dem die Stricknadel auf den Gefäßboden drückt, wenn bekannt ist, dass der Faden senkrecht steht. Dichte von Aluminium ρ a = 2,7 g/cm 3, Dichte von Wasser ρ b = 1,0 g/cm 3. Erdbeschleunigung G= 10 m/s 2

Lösung. Lassen Sie uns eine erklärende Zeichnung erstellen.

– Fadenspannungskraft;

– Reaktionskraft des Gefäßbodens;

a ist die archimedische Kraft, die nur auf den eingetauchten Teil des Körpers wirkt und auf die Mitte des eingetauchten Teils der Speiche wirkt;

– die Schwerkraft, die von der Erde aus auf die Speiche einwirkt und auf die Mitte der gesamten Speiche wirkt.

Per Definition die Masse der Speiche M und der archimedische Kraftmodul werden wie folgt ausgedrückt: M = SLρ a (1);

F a = Slρ in G (2)

Betrachten wir die Kräftemomente relativ zum Aufhängepunkt der Speiche.

M(T) = 0 – Moment der Zugkraft; (3)

M(N)= NL cosα ist das Moment der Stützreaktionskraft; (4)

Unter Berücksichtigung der Vorzeichen der Momente schreiben wir die Gleichung

NL cosα + Slρ in G (L –	l	)cosα = SLρ A G	L	cosα (7)
	2		2

wenn man bedenkt, dass nach dem dritten Newtonschen Gesetz die Reaktionskraft des Gefäßbodens gleich der Kraft ist F d, mit dem die Stricknadel auf den Boden des Gefäßes drückt, schreiben wir N = F d und aus Gleichung (7) drücken wir diese Kraft aus:

F d = [	1	Lρ A– (1 –	l	)lρ in ] Sg (8).
	2		2L

Ersetzen wir die numerischen Daten und erhalten das Ergebnis

F d = 0,025 N.

Antwort. F d = 0,025 N.

Zylinder enthaltend M 1 = 1 kg Stickstoff, bei Festigkeitsprüfung bei Temperatur explodiert T 1 = 327°C. Was für eine Masse Wasserstoff M 2 könnte in einem solchen Zylinder bei einer Temperatur gelagert werden T 2 = 27°C, mit fünffacher Sicherheitsmarge? Molmasse von Stickstoff M 1 = 28 g/mol, Wasserstoff M 2 = 2 g/mol.

Lösung. Schreiben wir die ideale Gaszustandsgleichung von Stickstoff nach Mendelejew und Clapeyron

Wo V– Volumen des Zylinders, T 1 = T 1 + 273°C. Je nach Bedingung kann Wasserstoff unter Druck gespeichert werden P 2 = p 1 /5; (3) In Anbetracht dessen

Wir können die Masse des Wasserstoffs ausdrücken, indem wir direkt mit den Gleichungen (2), (3), (4) arbeiten. Die endgültige Formel sieht so aus:

M 2 =	M 1		M 2		T 1	(5).
	5		M 1		T 2

Nach dem Ersetzen numerischer Daten M 2 = 28 g.

Antwort. M 2 = 28 g.

In einem idealen Schwingkreis beträgt die Amplitude der Stromschwankungen in der Induktivität Ich bin= 5 mA und die Spannungsamplitude am Kondensator Ähm= 2,0 V. Zur Zeit T Die Spannung am Kondensator beträgt 1,2 V. Ermitteln Sie den aktuellen Strom in der Spule.

Lösung. In einem idealen Schwingkreis bleibt die Schwingungsenergie erhalten. Für einen Moment t hat der Energieerhaltungssatz die Form

C	U 2	+ L	ICH 2	= L	Ich bin 2	(1)
	2		2		2

Für Amplituden-(Maximal-)Werte schreiben wir

und aus Gleichung (2) drücken wir aus

C	=	Ich bin 2	(4).
L		Ähm 2

Ersetzen wir (4) durch (3). Als Ergebnis erhalten wir:

ICH = Ich bin (5)

Somit ist der Strom in der Spule zum jeweiligen Zeitpunkt T gleich

ICH= 4,0 mA.

Antwort. ICH= 4,0 mA.

Am Boden eines 2 m tiefen Stausees befindet sich ein Spiegel. Ein Lichtstrahl, der durch das Wasser geht, wird vom Spiegel reflektiert und verlässt das Wasser. Der Brechungsindex von Wasser beträgt 1,33. Ermitteln Sie den Abstand zwischen dem Eintrittspunkt des Strahls in das Wasser und dem Austrittspunkt des Strahls aus dem Wasser, wenn der Einfallswinkel des Strahls 30° beträgt

Lösung. Lassen Sie uns eine erklärende Zeichnung erstellen

α ist der Einfallswinkel des Strahls;

β ist der Brechungswinkel des Strahls in Wasser;

AC ist der Abstand zwischen dem Eintrittspunkt des Strahls in das Wasser und dem Austrittspunkt des Strahls aus dem Wasser.

Nach dem Gesetz der Lichtbrechung

sinβ =	sinα	(3)
	N 2

Betrachten Sie das rechteckige ΔADB. Darin AD = H, dann DB = AD

tgβ = H tgβ = H	sinα	= H	sinβ	= H	sinα	(4)
	cosβ

Wir erhalten den folgenden Ausdruck:

AC = 2 DB = 2 H	sinα	(5)

Ersetzen wir die Zahlenwerte in die resultierende Formel (5)

Antwort. 1,63 m.

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