В действующей модели радиопередатчика

При настройке колебательного контура радиопередатчика его ёмкость увеличили. Как при этом изменятся следующие три величины: период колебаний тока в контуре, частота излучаемых волн, длина волны излучения?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

тока в контуре

Частота

излучаемых волн

Длина

волны излучения

1) Период собственных электромагнитных колебаний в контуре определяется выражением: Следовательно, при увеличении ёмкости период увеличится.

2) Частота излучаемых волн равна обратному периоду, а значит, при увеличении ёмкости уменьшится.

3) Длина волны излучения связана с частотой соотношением: а т. к. частота уменьшится, то длина волны увеличится.

Задание 17. В действующей модели радиопередатчика изменили электроёмкость конденсатора, входящего в состав его колебательного контура, увеличив расстояние между его пластинами. Как при этом изменятся частота колебаний тока в контуре и скорость распространения электромагнитного излучения?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Период колебаний колебательного контура определяется формулой Томпсона:

,

где L – индуктивность катушки; C – емкость конденсатора. Емкость конденсатора связана с расстоянием d между его пластинами выражением:

и при увеличении расстояния d емкость конденсатора уменьшается. Тогда из первой формулы видно, что уменьшается и период колебаний T колебательного контура. Соответственно, частота колебаний v=1/T увеличится, а скорость распространения электромагнитного излучения волны не изменится, т.к. при изменении частоты пропорционально меняется и длина волны, а скорость определяется как .

До сдачи ЕГЭ ещё много времени, но начинать готовиться уже можно. ФИПИ проанализировала все работы, написанные в 2019 году, и составила список ошибок, которые чаще всего допускают выпускники. «УралСтудент» собрал самое главное из доклада ФИПИ по каждому предмету, а также разобрал задания, которые тяжело даются сдающим.

Средний балл ЕГЭ по физике в 2019 году составил 54,4, что несколько выше показателя прошлого года – 53,2 тестовых балла. По словам экспертов, в этом году наблюдается небольшое увеличение слабо подготовленных участников и одновременно высокобалльников.

Как выглядит ЕГЭ по физике

Каждый вариант экзаменационной работы состоял из двух частей и включал в себя 32 задания. Они были разные по форме и уровню сложности.

1 часть состояла из 24 заданий, в половине которых необходимо было записать ответ в виде числа, слова или двух чисел. В остальной части нужно было установить соответствия и сделать множественный выбор.

2 часть содержала 8 заданий – задачи. Из них 3 задания с кратким ответом и 5 заданий с развёрнутым ответом: одна качественная задача и четыре расчетные задачи высокого уровня сложности.

ЕГЭ по физике содержат следующий список тем:

«Механика» (кинематика, динамика, статика, законы сохранения в механике, механические колебания и волны);

«Молекулярная физика» (молекулярно-кинетическая теория, термодинамика);

«Электродинамика и основы СТО» (электрическое поле, постоянный ток, магнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны, оптика, основы СТО);

«Квантовая физика и элементы астрофизики» (корпускулярно-волновой дуализм, физика атома, физика атомного ядра, элементы астрофизики).

Где большего всего допускали ошибки

Исходя из анализа экспертов, участники экзамена с трудом определяли значение физической величины, используя законы и формулы, например, давление столба жидкости, относительную влажность воздуха и т.д. Неправильно определяли направление силы Лоренца для движения заряженной частицы вблизи проводника с током, направление индукционного тока.

Сложности возникали и при анализе изменения характера физических величин для следующих процессов и явлений. Сюда относят изменение параметров смеси газов, изменение параметров колебательного контура в радиоприемнике, преломление света, излучение света атомом.

В список плохорешаемых также попали задания, где надо провести комплексный анализ физических процессов (падение тел с учётом силы сопротивления воздуха), записать результаты измерений. Тяжело даются и решения задач.

Проблемные задания на применение законов и формул

По словам экспертов, среди заданий на расчет общего сопротивления участка цепи сложными оказались задания на «закорачивание» одного из резисторов.

Задание:

На сколько уменьшится сопротивление участка цепи АВ, изображенного на рисунке, если ключ К замкнуть? Сопротивление R = 3 Ом.

Здесь до замыкания ключа сопротивление участка было равно 3 Ом, после замыкания ключа участок представляет собой параллельное соединение резисторов R и 2R с общим сопротивлением 2 Ом. Примерно 20% записали верный ответ – на 1 Ом, еще 33% указали, что сопротивление изменится на 3 Ом.

Хуже всего в этой части экзамена справились с заданиями на расчет давления пара.

Задание:

В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре 100 °С под давлением 40 кПа. Каким станет давление пара, если, сохраняя его температуру неизменной, уменьшить объем пара в 4 раза?

Давление насыщенного пара при температуре 100 °С равно нормальному атмосферному давлению – 100 кПа. Первоначально пар является ненасыщенным, поскольку его давление равно 40 кПа. При изотермическом уменьшении его объема в 2,5 раза он станет насыщенным и будет оказывать давление 100 кПа. При дальнейшем сжатии уже насыщенного пара его концентрация и давление будут оставаться неизменными, а часть пара будет конденсироваться. В этом задании 54% выпускников дали ответ 160 кПа, заменив пар на идеальный газ, а еще 26% предложили ответ 10 кПа, заменив сжатие на расширение ненасыщенного пара.

Сложность вызвало задание №13 в КИМе. Оно оценивает, может ли ученик определить направление векторных величин. Если определить результирующий вектор напряженности электростатического поля неподвижных зарядов и силу Лоренца для протона, движущегося между полюсами магнита, могут больше половины участников экзамена, то с определением направления силы Лоренца для заряженной частицы, движущейся вдоль проводника с током, справляются лишь 35% выпускников.

Задание:

Электрон e – имеет скорость u, направленную вдоль прямого длинного проводника с током I (см. рисунок). Куда направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) действующая на электрон сила Лоренца F? Ответ запишите словом (словами).

Правильный ответ – вверх. Некоторые выпускники указали ответ «вниз», неверно интерпретировав направление тока.

Проблемные задания на анализ и объяснение явлений и процессов

Здесь проблемы возникли с заданиями, где нужно было проанализировать изменения физических величин, характеризующих процессы в колебательном контуре.

Задание:

При настройке действующей модели радиопередатчика учитель изменил электроемкость конденсатора, входящего в состав его колебательного контура, уменьшив расстояние между пластинами конденсатора. Как при этом изменятся частота излучаемых волн и длина волны излучения?

Для каждой величины (частота излучаемых волн; длина волны излучения) определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится

Средний процент выполнения этого задания – 44. Полностью верный ответ 2, 1 указали 35% участников экзамена, а 31% дали ответ 1, 2. Эксперты говорят, что типичным затруднением в этой группе заданий, как и в прошлые годы, остается плохое усвоение формулы зависимости емкости плоского конденсатора от его геометрических размеров.

А теперь рассмотрим проблемные задания со множественным выбором.

Задание:

Учащиеся роняли с башни шарики для настольного тенниса и снимали их полет цифровой видеокамерой. Обработка видеозаписей позволила построить графики зависимости пути s, пройденного шариком, и его скорости u от времени падения t. Выберите два верных утверждения, характеризующих наблюдаемое падение.

1) Величина ускорения, с которым падал шарик, увеличивалась в интервале времени (0–t3) и оставалась постоянной при t > t4.

2) В течение всего времени падения (0–t5) потенциальная энергия шарика в поле тяжести, отсчитываемая от основания башни, уменьшалась. t s t1 t2 t3 t4 t5 0 t t 1 t2 t3 t4 t5 0 13

3) Сумма кинетической и потенциальной энергий шарика оставалась неизменной во время падения.

4) В течение всего времени падения (0–t5) величина импульса шарика постоянно возрастала. 5) Величина ускорения, с которым падал шарик, уменьшалась в интервале времени (0–t3).

Графики указывают на то, что шарик падал сначала с уменьшающимся ускорением, а затем – равномерно. Полностью верный ответ – 2, 5 – указали всего 14% выпускников. При этом простое утверждение об изменении потенциальной энергии выбрали 56% экзаменуемых. Четверть участников экзамена посчитали верным утверждение 3 о неизменности полной механической энергии, 11% указали на неизменность ускорения в процессе падения. Все эти участники просто перенесли на предложенную ситуацию модель свободного падения при отсутствии сил сопротивления воздуха.

Задание:

Плоский воздушный конденсатор емкостью С0, подключенный к источнику постоянного напряжения, состоит из двух металлических пластин, находящихся на расстоянии d0 друг от друга. Расстояние между пластинами меняется со временем так, как показано на графике.

Выберите два верных утверждения, соответствующих описанию опыта.

1) В момент времени t4 емкость конденсатора увеличилась в 5 раз по сравнению с первоначальной (при t = 0).

2) В интервале времени от t1 до t4 заряд конденсатора возрастает.

3) В интервале времени от t1 до t4 энергия конденсатора равномерно уменьшается.

4) В промежутке времени от t1 до t4 напряженность электрического поля между пластинами конденсатора остается постоянной.

5) В промежутке времени от t1 до t4 напряженность электрического поля между пластинами конденсатора убывает

Поскольку в описанном опыте конденсатор остается подключенным к источнику постоянного напряжения, то напряжение между обкладками конденсатора остается неизменным. График показывает, что расстояние между пластинами уменьшается в промежутке времени от t1 до t4 в 5 раз. Следовательно, емкость конденсатора увеличивается в 5 раз, значит, и заряд конденсатора увеличивается. Напряженность электрического поля между пластинами конденсатора также увеличивается.

Полностью верный ответ – 1, 2 – выбрали 30% участников экзамена. 12% выбрали дополнительно ко второму еще и четвертое утверждение, перепутав напряженность с напряжением. 17% выпускников выбрали ответы 3 и 5, неверно интерпретировав описанный в задании процесс.

Проблемные задания на решение задач

В каждом экзаменационном варианте было 8 задач по разным темам школьного курса физики.

Самой сложной в механике оказалась задача, представленная ниже.

Задание:

Брусок массой m = 2 кг движется поступательно по горизонтальной плоскости под действием постоянной силы, направленной под углом α 30 = ° к горизонту (см. рисунок). Коэффициент трения между бруском и плоскостью m= 0,2. Модуль силы трения, действующей на брусок, тр F = 2,8 Н. Чему равен модуль силы F?

Верный ответ в этом задании указали лишь 18% выпускников. Типичное затруднение здесь – неверная запись формулы для силы трения: без учета того, что сила нормального давления не равна силе тяжести, а меньше ее на величину, равной модулю проекции силы F на вертикальную ось.

В молекулярной физике достаточно успешно решались задачи на применение законов изопроцессов и применение уравнения Менделеева-Клапейрона. По-прежнему сложными оказываются задачи на применение первого закона термодинамики к изобарному процессу.

Задание:

Аргону сообщили количество теплоты, равное 30 кДж, и он изобарно расширился. При этом объем газа увеличился на 0,6 м 3 . Каково давление газа? Масса газа постоянна.

В этом задании лишь 19% участников экзамена привели верный ответ – 20 кПа. Четверть выпускников записали ответ 50кПа, разделив количество теплоты на изменение объема и не вникая в суть описанного процесса.

Самые низкие результаты продемонстрированы для задач на электромагнитные колебания в колебательном контуре.

Задание:

В таблице показано, как менялся ток в катушке идеального колебательного контура при свободных электромагнитных колебаниях в этом контуре.

Вычислите по этим данным энергию катушки в момент времени 5·10–6 с, если емкость конденсатора равна 405 пФ. Ответ выразите в наноджоулях (нДж), округлив до целого.

Верный ответ (даже с учетом неправильных округлений) привели всего 8% участников экзамена. При этом 36% пропустили задание, не приведя никакого ответа. Исходя из анализа всех работ специалистам не удалось выявить типичную ошибку при решении этой задачи. Но они предположили, что основным затруднением стал расчет индуктивности катушки через емкость конденсатора и период колебаний, который необходимо было вычленить из таблицы.

Наиболее сложными оказались задания, где требовалось объяснить характер движения замкнутого медного кольца, подвешенного вблизи катушки, подключенной к источнику тока через реостат, при изменении сопротивления реостата. Средний процент выполнения этого задания составил 9,6.

Задание:

Три одинаковых резистора и два одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр при смене полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.

Здесь в первом случае верхний диод включен в обратном направлении, обладает бесконечно большим сопротивлением и ток через него не течет. Получается, что первый резистор соединен последовательно с двумя другими, соединенными параллельно друг другу. При смене полярности подключения аккумулятора верхний диод окажется включенным в прямом направлении и ток через левый резистор протекать не будет. Соответственно, уменьшится общее сопротивление цепи, а сила тока станет равной 6 А.

Привели полностью верный ответ, изобразив две эквивалентные схемы и проведя все необходимые рассуждения, 4% экзаменуемых. Допустили погрешности в объяснении, но пришли к правильному ответу 2%, а 8% смогли представить лишь отдельные верные рассуждения, направленные на решение задачи.

Еще несколько примеров задач, которые вызвали затруднения.

Задание:

Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. В первом сосуде находится 1 ν 2 = моль гелия при температуре T1 = 400 К; во втором – 2 ν 3 = моль аргона при температуре 2 T = 300 К. Кран открывают. В установившемся равновесном состоянии давление в сосудах становится p = 5,4 кПа. Определите объем V одного сосуда. Объемом трубки пренебречь.

Лишь 6% участников экзамена смогли понять, что в указанном процессе газ не совершает работы, а поскольку система является теплоизолированной, то в соответствии с первым законом термодинамики суммарная внутренняя энергия газов сохраняется, записать соответствующее уравнение совместно с уравнением Менделеева – Клапейрона и провести необходимые математические преобразования. Еще 12% смогли записать часть необходимых уравнений, но допустили ошибку в записи первого закона термодинамики и получили за решение 1 балл.

Задание:

В электрической цепи, показанной на рисунке, r = 1 Ом, R1 = 4 Ом, R2 = 7 Ом, C = 0,2 мкФ, ключ К длительное время находится в положении 1. За длительное время после перевода ключа К в положение 2 изменение заряда на правой обкладке конденсатора Dq = ‒0,55 мкКл. Найдите ЭДС источника.

Здесь лишь 4% смогли полностью изложить ход решения. Как показывает анализ результатов решения аналогичных задач прошлых лет, выпускники понимают, что напряжение на конденсаторе в таких цепях равно напряжению на резисторе, параллельно которому конденсатор подключен, и умеют применять законы Ома для участка цепи и полной цепи. Но в задаче из этого примера после перевода ключа в другое положение меняется и полярность подключения конденсатора к источнику. Правая обкладка, которая первоначально была заряжена положительно, приобретет отрицательный заряд. Именно с определением изменения заряда обкладки и было связано основное затруднение выпускников при решении данной задачи.