Система физических знаний. Структура заданий ЕГЭ по физике

 Система физических знаний

Фи­зи­ка – наука, изу­ча­ю­щая свой­ства нежи­вой ма­те­рии, имеет свой язык, вклю­ча­ю­щий фи­зи­че­ские по­ня­тия, ве­ли­чи­ны, мо­де­ли, на­зва­ния фи­зи­че­ских про­цес­сов, яв­ле­ний, прин­ци­пов, за­ко­нов, из­ме­ри­тель­ных при­бо­ров, устройств, ме­ха­низ­мов, фи­зи­че­ских кон­стант и эле­мен­тар­ных ча­стиц.

Для успеш­ной сдачи ЕГЭ уча­щи­е­ся долж­ны знать опре­де­ле­ния фи­зи­че­ских по­ня­тий и мо­де­лей, со­дер­жа­ние и ме­ха­низм про­цес­сов и яв­ле­ний, фор­му­ли­ров­ки прин­ци­пов и за­ко­нов фи­зи­ки, на­зна­че­ние и прин­цип дей­ствия ме­ха­низ­мов и из­ме­ри­тель­ных при­бо­ров, обо­зна­че­ние фи­зи­че­ских кон­стант, фи­зи­че­ских ве­ли­чин и эле­мен­тар­ных ча­стиц.

Фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны – клю­че­вой эле­мент языка фи­зи­ки. Необ­хо­ди­мо знать опре­де­ле­ние каж­дой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны, её обо­зна­че­ние, фор­му­лу опре­де­ле­ния, еди­ни­цу из­ме­ре­ния, её на­име­но­ва­ние, опре­де­ле­ние и вы­ра­же­ние через ос­нов­ные еди­ни­цы меж­ду­на­род­ной си­сте­мы СИ и спо­соб из­ме­ре­ния фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны.

Фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны могут быть ска­ляр­ны­ми и век­тор­ны­ми. Ска­ляр­ные не имеют на­прав­ле­ния, а имеют лишь чис­лен­ные зна­че­ния (на­при­мер, плот­ность). Век­тор­ные фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны имеют и на­прав­ле­ние, и чис­лен­ное зна­че­ние (век­тор ско­ро­сти, век­тор силы и т. д.).

В фи­зи­ке век­то­ры де­лят­ся на три груп­пы: свя­зан­ные (с опре­де­лён­ной точ­кой), сколь­зя­щие (можно пе­ре­но­сить толь­ко вдоль линии дей­ствия), сво­бод­ные (можно ри­со­вать из любой точки).

Все фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны яв­ля­ют­ся мерой свой­ства ка­кой-ли­бо объ­ек­тив­ной ре­аль­но­сти. В при­ро­де все свой­ства свя­за­ны между собой, по­это­му свя­за­ны между собой и фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны. Фор­му­лы связи можно раз­бить на два клас­са:

1. фун­да­мен­таль­ные за­ко­ны (на­при­мер, закон все­мир­но­го тя­го­те­ния)

  

2. про­стые фор­му­лы связи

 

Связь между фи­зи­че­ски­ми ве­ли­чи­на­ми может быть пред­став­ле­на гра­фи­че­ски. На ри­сун­ке 1 по­ка­за­на за­ви­си­мость силы гра­ви­та­ци­он­но­го вза­и­мо­дей­ствия от рас­сто­я­ния между те­ла­ми с мас­са­ми , а за­ви­си­мость этой же силы от массы вто­ро­го тела при неиз­мен­ном  и  по­ка­за­на на ри­сун­ке 2.

Рис. 1. За­ви­си­мость силы гра­ви­та­ци­он­но­го вза­и­мо­дей­ствия от рас­сто­я­ния между те­ла­ми

Рис. 2. За­ви­си­мость силы гра­ви­та­ци­он­но­го вза­и­мо­дей­ствия от массы вто­ро­го тела

В меж­ду­на­род­ной си­сте­ме еди­ниц СИ все еди­ни­цы из­ме­ре­ния де­лят­ся на два клас­са:

1. ос­нов­ные – метр (м), ки­ло­грамм (кг), се­кун­да (с), кель­вин (К), ампер (А), кан­дел (кд);

2. про­из­вод­ные, вы­ра­жа­ют­ся через ос­нов­ные. На­при­мер:

 

 

В си­сте­му фи­зи­че­ских зна­ний вклю­че­ны также све­де­ния о вне­си­стем­ных еди­ни­цах из­ме­ре­ния. На­при­мер: ско­рость (км/с), дав­ле­ние ат­мо­сфе­ры (мм. рт. ст.) – торр.

В си­сте­му фи­зи­че­ских зна­ний, ко­то­рые про­ве­ря­ют­ся на ЕГЭ, вно­сят­ся све­де­ния о фун­да­мен­таль­ных фи­зи­че­ских экс­пе­ри­мен­тах (опыт Ку­ло­на, опыт Ре­зер­фор­да) и све­де­ния, по­лу­чен­ные при вы­пол­не­нии ла­бо­ра­тор­ных работ в курсе фи­зи­ки.

 Структура заданий ЕГЭ по физике

Ма­те­ри­ал, вы­не­сен­ный на ЕГЭ, раз­бит на 10 тем. В каж­дое эк­за­ме­на­ци­он­ное за­да­ние вхо­дит:

- за­да­чи типа А – за­да­ние с вы­бо­ром от­ве­та, для ре­ше­ния ко­то­рых необ­хо­ди­мо знать со­от­вет­ству­ю­щие фор­му­лы, про­ве­сти вы­чис­ле­ния и вы­брать один из че­ты­рёх от­ве­тов.

- за­да­ния типа Б. Бы­ва­ют двух видов:

1. на уме­ние про­ве­сти ка­че­ствен­ное срав­не­ние ка­ких-то двух со­сто­я­ний си­сте­мы;

2. на выбор со­от­вет­ствия между на­зва­ни­я­ми фи­зи­че­ских про­цес­сов, за­ко­нов и яв­ле­ний с пред­ло­жен­ны­ми ва­ри­ан­та­ми от­ве­тов.

- за­да­ния типа С. Тре­бу­ют от вас зна­ния пол­но­го курса фи­зи­ки, так как они яв­ля­ют­ся ком­плекс­ны­ми, то есть в них за­тра­ги­ва­ют­ся темы из раз­лич­ных раз­де­лов фи­зи­ки. Необ­хо­ди­мо по­дроб­но за­пи­сы­вать ре­ше­ние, ука­зы­вая все за­ко­ны, ис­поль­зу­е­мые при ре­ше­нии, а также по­лу­чить чис­ло­вой ответ.

 Задача 1 (типа А)

Длина ми­нут­ной стрел­ки часов в 1,5 раза боль­ше длины ча­со­вой стрел­ки. Во сколь­ко раз ско­рость конца ми­нут­ной стрел­ки боль­ше ско­ро­сти конца ча­со­вой? Ва­ри­ан­ты от­ве­та: 1. 12; 2. 18; 3. 24; 4. 30.

Дано:  – от­но­ше­ние длины ми­нут­ной стрел­ки к ча­со­вой; ;  – пе­ри­о­ды об­ра­ще­ния ча­со­вой и ми­нут­ной стрел­ки со­от­вет­ствен­но.

Найти:  – от­но­ше­ние ско­ро­сти ми­нут­ной стрел­ки к ча­со­вой

Ре­ше­ние

Для ре­ше­ния дан­ной за­да­чи вос­поль­зу­ем­ся фор­му­лой на­хож­де­ния ско­ро­сти:

 

 

Под­став­ля­ем в ис­ко­мое от­но­ше­ние фор­му­лу ско­ро­сти с па­ра­мет­ра­ми ми­нут­ной и ча­со­вой стрел­ки.

 

Ответ: 2. 18

 Задача 2 (типа B)

Тело мас­сой m со­скаль­зы­ва­ет без тре­ния по на­клон­но­му же­ло­бу, пе­ре­хо­дя­ще­му в мёрт­вую петлю из точки, рас­по­ло­жен­ной на вы­со­те  (R – ра­ди­ус петли) от ниж­ней точки петли. Впи­ши­те в таб­ли­цу 1 но­ме­ра фор­мул, по ко­то­рым можно опре­де­лить зна­че­ния со­от­вет­ству­ю­щих фи­зи­че­ских ве­ли­чин в верх­ней точке мёрт­вой петли. Ва­ри­ан­ты фор­мул: 1. ; 2. ; 3. ; 4. ; 5. ; 6. .

Ки­не­ти­че­ская энер­гия	По­тен­ци­аль­ная энер­гия	Мо­дуль им­пуль­са
1	2	5

Табл. 1. Фи­зи­че­ские ве­ли­чи­ны

Дано: ; m – масса тела

Найти:  – ки­не­ти­че­скую энер­гию;  – по­тен­ци­аль­ную энер­гию;  – мо­дуль им­пуль­са

Ре­ше­ние

При ре­ше­нии дан­ной за­да­чи вос­поль­зу­ем­ся за­ко­ном со­хра­не­ния энер­гии: на­чаль­ная энер­гия равна сумме ки­не­ти­че­ской и по­тен­ци­аль­ной энер­гии в любой точке тра­ек­то­рии.

 

В верх­ней точке по­тен­ци­аль­ная энер­гия за­ви­сит от вы­со­ты, ко­то­рая равна  (диа­метр петли) (см. Рис. 3)

Рис. 3. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Сле­до­ва­тель­но, по­тен­ци­аль­ная энер­гия равна:

 

Ки­не­ти­че­ская энер­гия равна:

 

Вы­ве­дем связь между ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей и им­пуль­сом тела

 

До­мно­жа­ем чис­ли­тель и зна­мен­таль на m:

 

Так как

 

То

 

Сле­до­ва­тель­но:

 

 

 

Ответ: ; ; . Но­ме­ра пра­виль­ных от­ве­тов вно­сим в таб­ли­цу.

 Задача 3 (типа С)

Наи­боль­шая вы­со­та подъ­ёма тела, бро­шен­но­го к го­ри­зон­ту, – 10 м, а ра­ди­ус кри­виз­ны тра­ек­то­рии в точке наи­выс­ше­го подъ­ёма – 20 м. Опре­де­ли­те на­чаль­ную ско­рость тела.

Дано: ; ;  – уско­ре­ние дви­же­ния равно уско­ре­нию сво­бод­но­го па­де­ния.

Найти: 

Ре­ше­ние

На ри­сун­ке 4 изоб­ра­же­на ил­лю­стра­ция к за­да­че: ко­ор­ди­нат­ная плос­кость XY; на­чаль­ная ско­рость  имеет две со­став­ля­ю­щие  и . X-овая со­став­ля­ю­щая ско­ро­сти не ме­ня­ет сво­е­го зна­че­ния во всём про­цес­се по­лё­та, а Y-овая со­став­ля­ю­щая ско­ро­сти ме­ня­ет­ся вслед­ствие уско­ре­ния сво­бод­но­го па­де­ния. В верх­ней точке тра­ек­то­рии ско­рость имеет толь­ко одну со­став­ля­ю­щую .

Рис. 4. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Мо­дуль лю­бо­го век­то­ра равен квад­рат­но­му корню из суммы квад­ра­тов со­став­ля­ю­щих этого век­то­ра:

 

Из курса ки­не­ма­ти­ки из­вест­но, что вы­со­та мак­си­маль­но­го подъ­ёма равна:

 

Сле­до­ва­тель­но:

 

Уско­ре­ние в верх­ней точке тра­ек­то­рии яв­ля­ет­ся цен­тро­стре­ми­тель­ным, так как gпер­пен­ди­ку­ляр­но ско­ро­сти v.

 

Сле­до­ва­тель­но:

 

Таким об­ра­зом:

 

Ответ: