Банк заданий
ЕГЭ по физике Задание №21 Молекулярная физика и электродинамика. Качественная задача

Для демонстрации магнитного взаимодействия двух катушек с протекающими в них электрическими токами профессор Московского университета А. А. Эйхенвальд предложил следующий опыт. Катушка № 1 обладает длинным цилиндрическим сердечником, на который намотано много витков изолированного провода. Эта катушка неподвижно крепится на столе так, чтобы ось её сердечника была расположена горизонтально. Катушка № 2 намотана на легкий кольцевой каркас, внутренний диаметр которого немного превышает диаметр сердечника катушки № 1. К катушке № 2 подсоединяются два тонких гибких провода, на которых она, подобно маятнику, подвешивается к штативу. Эти провода позволяют свободно висящей катушке № 2 вращаться вокруг вертикальной оси и совершать колебания. Длина проводов и расположение штатива подбираются так, чтобы катушка № 2 висела вблизи торца сердечника катушки № 1 и могла свободно надеваться на эту катушку. При этом горизонтальные оси катушек совсем немного не совпадают друг с другом. Сначала через эти две катушки пропускают постоянные электрические токи таким образом, чтобы между ними возникли силы магнитного притяжения. В результате этого катушка № 2 притягивается к катушке № 1 и надевается на нее (см. рис.). Затем направление протекания тока в катушке № 1 изменяют на противоположное, а ток, текущий через катушку № 2, оставляют прежним. Опишите, что после этого будет происходить с катушкой № 2. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

В цепь постоянного тока включили нихромовый проводник длиной $l=l_2$. Параллельно к нему подключили вольтметр так, чтобы одна из его клемм была постоянно соединена с началом проводника, а вторая могла перемещаться вдоль проводника. Ниже представлен график зависимости показаний вольтметра $U$ от расстояния $x$ между клеммами. Какова зависимость от $x$ площади поперечного сечения проводника? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения. 

Принципиальная схема электрической цепи, состоящей из батареи, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра, представлена на рисунке. В момент начала проведения опыта ползунок реостата находится в крайнем правом положении. Опираясь на законы электродинамики, опишите изменение показаний приборов в ходе перемещения ползунка реостата влево. Считать, что ЭДС самоиндукции по сравнению с $\varepsilon$ пренебрежимо мала. 

Крупная шарообразная полость, заполненная воздухом, находится в нижней половине незаряженного металлического шара. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. Отрицательный точечный заряд $q<0$ расположен в центре полости. Нарисуйте картину линий напряженности электростатического поля внутри полости, внутри проводника и снаружи шара. Если поле отсутствует, напишите в данной области $\vec{E}=0$. Если поле отлично от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий напряженности. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Участок цепи, состоящий из параллельно соединенных резистора и реостата, подключен к источнику тока, внутреннее сопротивление которого отлично от нуля. Также цепь содержит идеальные измерительные приборы – амперметр и вольтметр, подключение которых показано на принципиальной схеме цепи. Проанализировав схему, определите изменение показаний приборов при передвижении ползунка реостата вправо. Ответ поясните, используя законы постоянного тока.

К источнику тока с ЭДС $\varepsilon$ и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением подключили реостат и резистор, как показано на принципиальной схеме, приведенной на рисунке. Реостат настроен на сопротивление, равное сопротивлению резистора. Проанализировав схему, определите изменение показаний идеального вольтметра при передвижении ползунка реостата влево. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

В магнитном поле, образованном постоянным магнитом, статично удерживается рамка, выводы которой подключены к источнику постоянного тока, как показано на рисунке. Опишите движение рамки относительно неподвижной оси OO' после того, как ее перестанут удерживать, при условии, что рамка будет испытывать небольшое сопротивление воздуха. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Электрическая цепь, состоящая из идеального источника тока с ЭДС $\varepsilon$, двух последовательно соединенных одинаковых резисторов сопротивлением $R$, катушки индуктивностью $L$, амперметра и ключа $K$, показана на рисунке 1. При размыкании ключа $K$ в момент времени $t=0$ регистрируемая амперметром сила тока плавно уменьшается до значения $I_1$ c течением времени согласно графической зависимости, приведенной на рисунке 2. Определите значение $I_1$ и объясните, почему произошло уменьшение силы тока. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

На рисунке представлена электрическая цепь, состоящая из катушки, закрепленной на горизонтальной поверхности, источника постоянного тока и ключа. Вблизи катушки на длинных нитях подвешено замкнутое кольцо, изготовленное из меди (см. рисунок). В начальный момент времени ключ был разомкнут. Опишите движение кольца при замыкании ключа. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

На рисунке ниже показана схема электрической цепи, состоящей из батарейки с внутренним сопротивлением $r$, пружины жесткостью $k$, которая соединена с батарейкой с помощью гибких легких проводов, и ключа К. Как изменится длина пружины спустя длительное время после замыкания ключа К? Ответ поясните, указав какие физические закономерности Вы использовали для объяснения. 

В емкость с гладкими стенками скатился грузик, который может двигаться в этой емкости практически без трения. График зависимости энергии взаимодействия грузика с Землей от его координаты приведен на рисунке. В момент времени $t$ грузик находился в точке $A$ с координатой $x=10\ см$ и двигался влево с кинетической энергией равной $2,5\ Дж.$Способен ли грузик выскользнуть из емкости? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Две пластины плоского конденсатора установлены на изолирующих подставках. Левую пластину конденсатора соединяют со стержнем электрометра, а корпус электрометра, с которым соединена правая пластина, заземляют. Далее левой пластине сообщают положительный заряд. Как изменяются показания электрометра с пренебрежимо малой емкостью при увеличении расстояния между пластинами? Ответ поясните, указав какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Показания электрометра прямо пропорциональны разности потенциалов между пластинами конденсатора.

К источнику тока подключили две одинаковые лампы $Л_1$ и $Л_2$. Первая подключена последовательно с катушкой индуктивности $L$ с железным сердечником, вторая - последовательно с резистором $R$ (см. рисунок). Изначально ключ $K$ был в разомкнутом состоянии. Опишите разницу в работе лампочек при замыкании ключа $K$. Какое явление вызвало эту разницу?

В вертикальной плоскости маленький шарик, подвешенный к потолку на легкой нерастяжимой нити, совершает колебания. Угол $\alpha=40^\circ$ соответствует максимальному отклонению нити от вертикали. В момент, когда шарик движется влево-вверх, а нить образует с вертикалью угол $\beta=20^\circ$ (см. рисунок), сделайте рисунок с указанием сил, приложенных к шарику. На этом рисунке покажите, куда направлено в этот момент ускорение шарика (внутрь траектории, наружу от траектории, по нити, перпендикулярно нити). Сопротивление воздуха не учитывать. Ответ обоснуйте.

Циклический процесс $1$-$2$-$3$, график которого изображен на рисунке в координатах $p$-$T$ ($p$ – давление газа, $T$ – абсолютная температура газа), проводят с $1$ моль гелия. Постройте график цикла в координатах $p$-$V$ ($p$ – давление газа, $V$ – объем газа). Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, сравните работу газа в процессе $2$-$3$ и работу внешних сил в процессе $3$-$1$.

В закрытой комнате нагревается воздух. Как изменятся относительная влажность и плотность водяных паров в комнате? Считайте, что парциальное давление паров не изменяется.

Стеклянный сосуд, содержащий влажный воздух при температуре $t_1 = 30 \, ^\circ \text{C},$ плотно закрыли крышкой и нагрели до $t_2 = 50 \, ^\circ \text{C}.$ Опираясь на законы молекулярной физики, объясните, как изменятся при этом парциальное давление водяного пара и относительная влажность воздуха в сосуде.

В одном из двух сосудов, находящихся под подвижными поршнями, находится насыщенный водяной пар, в другом — сухой воздух. При постоянной температуре поршни начинают медленно поднимать вверх, увеличивая объем сосудов в $2$ раза. На дне первого сосуда находится небольшое количество воды, причем к концу процесса вода испаряется не полностью. Постройте графики зависимости давления газов в сосудах от объема в этих процессах.

С $1$ молем идеального газа проводят процесс $1-2-3,$ график которого изображен в координатах $(n-p),$ где $n$ — концентрация газа, $p$ — его давление.

Постройте график этого процесса в координатах $(V-T),$ где $V$ — объем газа, $T$ — его температура. Объясните построение графика, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.

На рисунке представлен график процессов, происходящих с идеальным газом постоянной массы в координатах $(n, p),$ где $n$ — концентрация молекул газа, $p$ — его давление.

Постройте график этих процессов в координатах $(p, V),$ где $V$ — объем газа. Подробно опишите используемые при построении физические закономерности.

В стеклянном цилиндре под поршнем при комнатной температуре $t_0$ находится только водяной пар. Первоначальное состояние системы показано точкой на $pV$-диаграмме.

Медленно перемещая поршень, объем $V$ под поршнем изотермически уменьшают от $4V_0$ до $V_0.$ Когда объем достигает значения $2V_0,$ на стенках цилиндра появляется роса. Постройте график зависимости давления $p$ в цилиндре от объема $V$ на отрезке от $V_0$ до $4V_0$ и укажите используемые физические закономерности.

Две порции одного и того же идеального газа нагреваются в сосудах одинакового объема. Графики изохорных процессов представлены на рисунке в координатах $(p,T).$

Объясните, почему изохора $I$ лежит выше изохоры $II.$ Укажите используемые физические закономерности.

Две порции одного и того же идеального газа изотермически расширяются при одинаковой температуре. Графики процессов представлены на рисунке в координатах $(p,V).$

Объясните, почему изотерма $I$ лежит выше изотермы $II.$ Укажите используемые физические закономерности.

Для каждого из участков процесса, показанного на графике, определите, отдавал или принимал теплоту идеальный газ постоянной массы и состава.

Объясните свой ответ, используя законы термодинамики.

Цилиндрический сосуд разделен легким подвижным поршнем на две части. В одной части находится аргон, в другой — гелий. Концентрация атомов аргона в $2$ раза больше концентрации атомов гелия. Поршень может двигаться без трения. Определите отношение средней кинетической энергии теплового движения атома аргона к средней кинетической энергии атома гелия при равновесии поршня.