Методический анализ выполнения части С заданий ЕГЭ по физики 2011 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ В 2011 году писали ЕГЭ по физике 3227 человек. Минимальный балл – 33, средний балл по области – 49,4. Самые высокие средние баллы показали обучающиеся лицеев – 55,7 и гимназий – 54,8. В территориальном разрезе лучшие результаты по среднему баллу в ОУ г. Саратова (65,3), Романовского района (56,8), Волжского района (55,8). Минимальные значения среднего балла в Федоровском (40,9), Красноармейском (41,4), Калининском (42,1) районах.

Сводная ведомость выпускников 2011 года, получивших максимальное количество баллов по физике Код ОУ ФамилияИмяОтчествоБалл МОУ «Лицей прикладных наук» Волжского района муниципального образования «Город Саратов»ДенисовЛеонидАлексеевич98 МАОУ «Лицей 37» Фрунзенского района г.СаратоваКазинДмитрийАндреевич98 МАОУ Лицей 62 Октябрьского района г.СаратоваПавловАндрейИгоревич98 МОУ «СОШ 3 им.В.Н. Щеголева городского округа ЗАТО Светлый Саратовской области»ПлотниковМаксимВалерьевич98 МОУ «Лицей 1» г.Балаково Саратовской областиСавенковВикторАлександрович98 МОУ «Физико-технический лицей 1» г.СаратоваЯвчуновскийВикторСергеевич98 По результатам ЕГЭ по физике выпускник МОУ «Физико-технический лицей 1» г. Саратова Слонов Алексей Дмитриевич получил 100 баллов.

Динамика среднего балла по результатам ЕГЭ по физике

Больший процент выпускников, не выполнивших часть С экзаменационной работы, в ОУ Татищевского – 86,1%, Питерского- 77,1%, Красноармейского – 75% районов. В период проведения ЕГЭ на этапе государственной (итоговой) аттестации по физике было подано 26 апелляций о несогласии с выставленными баллами, из них- 17 апелляций было подано выпускниками г. Саратова. Поданные апелляции рассмотрены в надлежащем порядке, по результатам рассмотрения приняты решения об увеличении баллов – 4 апелляции, уменьшения баллов не было.

Средний балл по предмету «Физика» в 2011 г в зависимости от вида образовательного учреждения

Типичные примеры заданий части С и возможные варианты их решений

С1-1 Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рисунок). Опишите, как начнет двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

С1-1 Образец возможного решения 1). Кольцо оттолкнется от катушки. 2). При смещении движка реостата вверх ток в катушке возрастает до нового значения. При этом увеличивается поток вектора магнитной индукции через кольцо. По закону электромагнитной индукции, в кольце возникает ЭДС индукции, появляется индукционный ток. В соответствии с правилом Ленца взаимодействие токов в кольце и в катушке приводит к тому, что кольцо отталкивается от катушки влево, в область, где магнитное поле катушки слабее, чем у торца катушки.

С1-2 Рамка, помещённая в узкую щель между полюсами магнита так, как показано на рис. 1, в момент времени t = 0 начинает свободно падать с нулевой начальной скоростью. При этом в ней возникает электрический ток, сила которого изменяется с течением времени так, как показано на рис. 2. Почему в течение промежутков времени AB и CD ток в рамке имеет различное направление? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

С1-2 Образец возможного решения 1). Индукционный ток в рамке вызван ЭДС индукции, возникающей при пересечении проводником линий магнитного поля. По закону индукции Фарадея ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф. Движение рамки вблизи магнита можно считать свободным падением, пренебрегая магнитным полем индукционного тока, так что скорость растет пропорционально времени: V = gt. 2). В промежутке времени АВ магнитный поток через рамку увеличивается, а в промежутке времени СD – уменьшается. Поэтому индукционный ток имеет различное направление.

С1-3 Насаженную на вертикальную ось металлическую стрелку АВ закрепили и сбоку к ней поднесли наэлектризованную стеклянную палочку (см. рисунок – вид сверху). Будет ли поворачиваться стрелка, если её освободить, и если будет, то в какую сторону? Объясните поведение стрелки, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано.

С1-3 Образец возможного решения 1). Стрелка повернется по часовой стрелке, конец стрелки А будет указывать на стеклянную палочку. 2). Стрелка металлическая, поэтому в ней имеются свободные электроны. Под действием электрического поля палочки произойдёт электризация стрелки: отрицательно заряженные свободные электроны будут притягиваться к положительно заряженной палочке. На конце А стрелки образуется отрицательный заряд, поскольку этот конец ближе к положительно заряженной палочке; а на конце В стрелки образуется положительный заряд. Так как заряды противоположных знаков притягиваются, а одноименных знаков – отталкиваются, то конец А стрелки будет притягиваться к палочке, а В – отталкиваться. Это притяжение и отталкивание разных концов стрелки приведёт к повороту самой стрелки: конец А будет указывать на стеклянную палочку. Поворот произойдёт по часовой стрелке.

С1-4 Вася и Петя должны охладить воду одинаковой массы в двух одинаковых высоких мензурках от температуры t 1 = 4 о С до t 2 = 1 о С, используя одинаковые кусочки тающего льда. Вася охлаждает верхнюю часть сосуда с водой, поместив кусочек льда в верхней части мензурки, а Петя – удерживая кусочек льда вблизи дна. Кто быстрее справится с заданием? График зависимости плотности воды от температуры приведен на рисунке. Ответ поясните, указав какие физические явления и закономерности вы использовали для обоснования.

С1-4 Образец возможного решения 1). Быстрее справится с заданием Петя. 2). Наиболее эффективная теплопередача в жидкости осуществляется путем конвекции. При охлаждении воды она возникает под действием силы тяжести и силы Архимеда, вследствие различий в плотности холодной и теплой воды. В соответствии с законом Архимеда, более плотная вода перемещается вниз, а менее плотная – вверх. В указанном интервале температур холодная вода имеет меньшую плотность и движется от кусочка льда вверх. Чтобы правильно использовать механизм конвекции, лёд нужно разместить в воде так, чтобы обеспечить условия для ее свободной циркуляции, т.е. снизу, как это сделал Петя.

С2-1 Небольшая шайба массой m=10 г, начав движение из нижней точки закреплённого гладкого кольца радиусом R=0,14 м, скользит по его внутренней поверхности. На высоте h=0,18 м она отрывается от кольца и свободно падает. Какую кинетическую энергию имела шайба в начале движения?

С2-1 Образец возможного решения В момент отрыва от кольца на высоте h шайба имела скорость u, определяемую из закона сохранения энергии При этой скорости ее центростремительное ускорение в инерциальной системе отсчета Оху, связанной с Землёй, в соответствии со вторым законом Ньютона обеспечивалось составляющей силы тяжести, действующей на шайбу и направленной к центру кольца: Учитывая, что, исключим из системы уравнений а цс и u Отсюда Ответ: Е кин = 0,02 Дж.

С2-2 Пуля летит горизонтально со скоростью υ о =200 м/с, пробивает брусок, стоящий на горизонтальной поверхности льда, и продолжает движение в прежнем направлении со скоростью. Масса бруска в 10 раз больше массы пули. Коэффициент трения скольжения между бруском и льдом μ=0,1. На какое расстояние S сместится брусок к моменту, когда его скорость уменьшится на 20%?

C2-2 Образец возможного решения Пусть т–масса пули, М–масса бруска, u о – начальная скорость бруска после взаимодействия с пулей. Пренебрегая импульсом силы трения за время соударения пули с бруском, запишем закон сохранения импульса: Так как M=10m, то Скорость бруска после его перемещения на расстояние S: и=0,8u о. Изменение кинетической энергии бруска происходит в результате работы силы трения откуда Ответ: S = 40,5 м.

C2-3 Лыжник массой 60кг прыгает с трамплина высотой Н=12м. На рисунке показана траектория полёта лыжника; причем ВС=h=5м. Модуль работы силы трения лыжника о снег при спуске равен 1,2кДж. На каком расстоянии AB от точки прыжка лыжник достигнет максимальн ой высоты?

C2-3 Образец возможного решения 1). Изначальная потенциальная энергия лыжника по мере его спуска с трамплина преобразуется в кинетическую энергию и тратится на совершение работы по преодолению силы трения о снег. Поэтому в момент прыжка кинетическая энергия лыжника, где А – модуль работы силы трения лыжника о снег, υ – скорость лыжника в момент прыжка. Отсюда: 2). Обозначив через и горизонтальную и вертикальную составляющие этой скорости, имеем:. 3). Во время полета лыжник движется по горизонтали равномерно, так что АВ = υ г t; (здесь t–время движения лыжника вверх). По вертикали он движется равноускоренно, и в верхней точке траектории вертикальная cоставляющая его скорости равна нулю: 0 = υ в -gt, т.е. υ в = gt. Причем, согласно закону сохранения энергии Отсюда: ; и ; υ г = 10 м/с. АВ = υ г t, получаем: АВ = 10 (м). Ответ: АВ = 10 м

C3-1 В сосуде лежит кусок льда. Температура льда t 1 =0°С. Если сообщить ему количество теплоты Q=100 кДж, то весь лёд растает, и образовавшаяся вода нагреется до температуры t 2 =20°С. Какое количество теплоты q надо сообщить куску льда в первоначальном состоянии, чтобы растаяло 3/4 льда? Тепловыми потерями на нагрев сосуда пренебречь.

C3-1 Образец возможного решения 1). Пусть m–масса льда, λ–удельная теплота плавления льда, с–удельная теплоемкость воды. Тогда 2). Разделив второе уравнение на первое, получим: Откуда кДж. Ответ: q 60 кДж.

C3-2 В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Во время опыта газ сжали и охладили так, что его объём уменьшился в 4 раза, а абсолютная температура стала меньше в 6 раз. Оказалось, однако, что газ просачивался сквозь зазор вокруг поршня, и за время опыта давление газа снизилось в 3 раза. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре?

C3-2 Образец возможного решения Внутренняя энергия одноатомного идеального газа. При этом. Следовательно,. Поскольку объем уменьшился в четыре раза, а давление в три, то произведение ρV уменьшилось в двенадцать раз. Внутренняя энергия газа в сосуде уменьшилась в двенадцать раз.

C3-3 Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически расширился (Т 1 =300К). Затем газ изохорно нагрели, повысив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2–3?

C3-3 Образец возможного решен ия Запишем I закон термодинамики Q= U+A для изохорного нагревания 2–3, учитывая, что A 23 =0, Q 23 = U 23. Поскольку Закон Шарля для состояний 2 и 3: Так как по условию Т 2 = Т 1, то Ответ: Q 23 7,5 кДж

C3-4 Гелий в количествt v=0,15 моль находится при комнатной температуре в равновесии в вертикальном цилиндре под поршнем массой m=3,3 кг и площадью S=30см 2, способным свободно перемещаться. Трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствует. Внешнее атмосферное давление р 0 =10 5 Па. В результате медленного нагревания гелия поршень передвинулся вверх на расстояние h=3см. На какую величину T изменилась температура гелия?

C3-4 Образец возможного решения 1). Поскольку гелий нагревается медленно, ускорение поршня относительно Земли ничтожно, и можно считать, что поршень в процессе движения остается в равновесии. Силы, действующие на поршень вдоль направления его движения, показаны на рисунке. Условие равновесия поршня: Учитывая, что где р – давление гелия под поршнем, из условия равновесия получим: т.е. процесс нагревания гелия является изобарным.

2). За исключением случая низких температур, разреженный гелий можно описывать моделью одноатомного идеального газа, в частности, используя уравнение Клапейрона-Менделеева pV=vRT Для изобарного процесса (p=const, v=const), отсюда следует равенство p V=vR T. Подставляя в полученное равенство выражение для р и учитывая, что V=S h, получим: vR T=p V=(p 0 S+mg) h, откуда

C4-1 В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном – многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А – положительного, а к точке В – отрицательного полюса батареи с ЭДС 12В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением, потребляемая мощность равна 4,8Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая мощность оказалась равной 7,2Вт. Укажите условия протекания тока через диоды и резисторы в обоих случаях и определите сопротивление резисторов в этой цепи.

C4-1 Образец возможного решения 1). При подключении положительного вывода батареи к точке А потенциал точки А оказывается выше, чем потенциал точки В A > B поэтому ток через диод, подключенный параллельно резистору R 1, не течёт. Эквивалентная схема цепи в этом случае имеет вид, изображенный на рисунке 1. Суммарное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно R 0 = R 1 +R 2, а потребляемая мощность 2). При изменении полярности подключения батареи A < B, открытый диод подключён к резистору R 1 параллельно, шунтируя его. Эквивалентная схема цепи в этом случае изображена на рисунке 2. При этом потребляемая мощность увеличивается (так как знаменатель дроби уменьшается): 3). Из этих уравнений: 4). Подставляя значения физических величин, указанные в условии, получаем: R 1 = 10 Ом, R 2 = 20 Ом. Ответ: R 1 = 10 Ом, R 2 = 20 Ом.

С4-2 Незаряженный конденсатор ёмкостью С=0,1мкФ подключают к источнику тока с ЭДС =12В по схеме, показанной на рисунке. Сопротивление резистора R=500Ом, сопротивлением проводов и внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Какое количество теплоты Q выделится на резисторе после замыкания ключа K в процессе зарядки конденсатора?

С4-2 Образец возможного решения 1). В ходе зарядки конденсатора напряжение на его обкладках достигает значения, а заряд конденсатора изменяется от нуля до значения q = С. 2). При протекании заряда q через источник тока сторонние силы в источнике тока совершают работу A ст = q = С 2. Эта работа затрачивается на изменение энергии конденсатора и выделение теплоты на резисторе: 3). Отсюда Ответ: Q = 7,2 мкДж.

С4-3 Во сколько раз уменьшится мощность, выделяемая на сопротивлении R 2, при замыкании ключа K (см. рисунок), если R 1 = R 2 = R 3 = 1 Ом, r = 0,5 Ом? K R3R3,r R2R2 R1R1

C4-3 Образец возможного решения Мощность P = I 2 R. 1). Ключ разомкнут. Из закона Ома для замкнутой цепи 2 ). Ключ замкнут. При параллельном соединении ток через сопротивление R 2 : Отношение мощностей Ответ: Мощность уменьшается в

C5-1 Проводник длиной 1м движется равноускоренно в однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,5Тл и направлена перпендикулярно проводнику и скорости его движения (см. рисунок). Начальная скорость движения проводника 4м/с. Значение ЭДС индукции в этом проводнике в конце перемещения на расстояние 1м равно 3В. Чему равно ускорение, с которым движется проводник в магнитном поле?

С5-1 Образец возможного решения Модуль ЭДС индукции в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, равен где υ - скорость движения проводника. В конце перемещения Ускорение, с которым движется проводник Ответ: а = 10 м/с 2.

С5-2 Плоская катушка диаметром 6см, состоящая из 120 витков, находится в однородном магнитном поле. Катушка поворачивается вокруг оси, перпендикулярной линиям магнитной индукции, на угол 180° за 0,2с. Плоскость катушки до и после поворота перпендикулярна линиям магнитной индукции. Какова индукция магнитного поля, если среднее значение ЭДС индукции, возникающей в катушке, равно 0,2 В?

С5-2 Образец возможного решения ЭДС индукции в катушке Изменение магнитного потока за время t равно Ф = Ф 2 -Ф 1 = BS(cos 2 -cos 1 ), где cos 2 = -1, cos 1 = +1. Следовательно, Ответ: В 0,06 Тл.

C5-3 Ученик исследовал прохождение узкого светового пучка через стеклянный полуцилиндр параллельно его оси симметрии. Результаты опыта ученика представлены на фотографии. Показатель преломления стекла равен 1,5. Постройте ход луча АВ и определите радиус полуцилиндра. Пучок света можно считать узким и tg sin

С5-3 Образец возможного решения Рассмотрим ход луча АВ (см. рис.) параллельного оси симметрии MN полуцилиндра В точке О' луч испытает преломление, выйдет в воздух под углом и пересечёт ось симметрии в точке F. Если n – показатель преломления стекла, то Так как пучок узкий, то синусы всех углов могут быть заменены углами, а также их тангенсами. Следовательно, Для полухорды h можно записать: h = R sin R (R – радиус полуцилиндра). С другой стороны, h = OF tg OF. Из рисунка видно, что = +. Следовательно, = -. Таким образом, R = OF ( - ) = OF(n-1). Следовательно, R = OF(n-1). Из фотографии видно, что OF = 50 мм. Следовательно, R 25 мм.

С5-4 Свет от точечного источника S проходит сквозь собирающую линзу с фокусным расстоянием 5 см и падает на плоское зеркало (см. рисунок). Источник света расположен на главной оптической оси линзы. Расстояние от источника до линзы 7,5см, а от линзы до зеркала 8см. Постройте действительное изображение источника в этой оптической системе. Определите, на каком расстоянии от источника находится его действительное изображение в данной оптической системе?

С5-4 Образец возможного решения Если бы не было зеркала, согласно формуле тонкой линзы изображение находилось бы в точке С на расстоянии от линзы (здесь F–фокусное расстояние линзы). Зеркало поворачивает преломленные в линзе световые лучи, и они пересекутся в точке А. Но расстояние от зеркала до точек А и С одинаково (на рисунке оно обозначено буквой а), поскольку, согласно закону отражения света, углы при общей вершине В у прямоугольных треугольников с основаниями на главной оптической оси линзы одинаковы и одинакова высота этих треугольников. На рисунке видно, что а = f - h = 7 см. Искомое расстояние от источника света до его изображения равно d + h - а. Следовательно, = 7,5 см + 8 см - 7 см = 8,5 см. Ответ: = 8,5 см.

С6-1 Свободный пион ( 0 -мезон) с энергией покоя 135 МэВ движется со скоростью V = м/с. В результате его распада образовались два -кванта, причём первый распространяется в направлении движения пиона, а второй – в противоположном направлении. Чему равна энергия первого - кванта?

С6-1 Образец возможного решения Пион, движущийся со скоростью V, имеет импульс р = mV и энергию где m – масса пиона. Энергия -кванта E и его импульс p связаны соотношением При распаде пиона энергия системы и ее импульс сохраняются: mc 2 = E 1 +E 2, Исключая из уравнений E 2, получим: Отсюда E 1 = 74,25 МэВ.

С6-2 Покоящийся атом водорода в основном состоянии (Е 1 =13,6эВ) поглощает в вакууме фотон частотой 3, Гц. С какой скоростью υ движется вдали от ядра электрон, вылетевший из атома в результате ионизации? Кинетической энергией образовавшегося иона пренебречь.

С6-2 Образец возможного решения Из условия следует, что кинетическая энергия исходного атома и кинетическая энергия образовавшегося иона в балансе энергии отсутствуют. Энергия поглощенного фотона Е ф =hν. Согласно закону сохранения энергии Е ф =Е k -E (1), где – кинетическая энергия электрона, вылетевшего из атома. Отсюда и Ответ: υ 765 км/с.

С6-3 Уровни энергии атома водорода задаются формулой где n = 1, 2, 3, … При переходе атома из состояния Е 2 в состояние Е 1, атом испускает фотон. Попав па поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, λ кр = 300 нм. Чему равна максимально возможная кинетическая энергия фотоэлектрона?

С6-3 Образец возможного решения Энергия фотона hv = E 2 - E 1. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта Отсюда Ответ: E max 6,1 эВ.