Задание 21 в ЕГЭ по физике 2025 года представляет собой качественную задачу высокого уровня сложности, оцениваемую в 3 балла. Это задание требует от учащихся объяснения физических явлений без сложных математических расчетов, но с четким применением физических законов и принципов.
Важно: В качественной задаче необходимо дать полное, логически непротиворечивое объяснение физического явления или процесса, опираясь на известные законы и формулы физики.
| Баллы | Критерии |
|---|---|
| 3 | Представлено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов. |
| 2 | Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеются один или несколько из следующих недостатков: в объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или закономерностей, необходимых для полного верного объяснения. |
| 1 | Представлены верные рассуждения о физических явлениях, но в некоторых случаях не указаны причины или следствия, не указаны или использованы не все необходимые для объяснения явления и законы. |
| 0 | Представлены рассуждения, не относящиеся к вопросу задания, или ответ отсутствует. |
Условие: Человек встаёт на весы в покоящемся лифте. Как изменятся показания весов, если лифт будет двигаться с постоянным ускорением, направленным вниз? Ответ обоснуйте, используя физические законы.
Решение:
Рассмотрим силы, действующие на человека в лифте:
1. Сила тяжести \(F_т = mg\), направленная вертикально вниз, где \(m\) — масса человека, \(g\) — ускорение свободного падения.
2. Сила нормальной реакции опоры \(N\), направленная вертикально вверх. Именно эту силу показывают весы.
Согласно второму закону Ньютона, в инерциальной системе отсчета:
Если лифт движется с ускорением \(\vec{a}\), направленным вниз, то в проекции на вертикальную ось:
Отсюда находим силу нормальной реакции опоры:
Поскольку ускорение \(a\) направлено вниз и положительно, то \(g - a < g\), следовательно, \(N < mg\).
Ответ: Показания весов уменьшатся, так как сила нормальной реакции опоры, которую измеряют весы, станет меньше, чем в случае покоящегося лифта.
Условие: Мальчика, едущего в поезде, по мобильному телефону спросили, с какой скоростью он едет. Через минуту он ответил. Как мальчик определил скорость, если известно, что вдоль железной дороги через каждый километр стоят километровые столбы? Свой ответ обоснуйте с помощью физических законов.
Решение:
Для определения скорости движения необходимо измерить пройденное расстояние и затраченное время, а затем воспользоваться формулой:
где \(v\) — скорость, \(s\) — пройденное расстояние, \(t\) — затраченное время.
Мальчик мог определить скорость поезда, измерив время, за которое поезд проезжает расстояние между двумя соседними километровыми столбами. Поскольку расстояние между столбами известно и равно 1 км, то скорость можно вычислить по формуле:
где \(t\) — время в часах, за которое поезд проезжает расстояние между столбами.
Например, если поезд проезжает расстояние между столбами за 36 секунд (0,01 часа), то его скорость:
Ответ: Мальчик определил скорость поезда, измерив время, за которое поезд проезжает расстояние между двумя соседними километровыми столбами, и разделив известное расстояние (1 км) на это время.
Условие: В стакане с чаем, стоящем на столе, на поверхности чая плавает ломтик лимона. Что произойдёт с глубиной погружения ломтика в чай, если стакан с чаем будет стоять на столе в лифте, движущемся с постоянным ускорением, направленным вертикально вниз? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности вы использовали.
Решение:
Рассмотрим условие плавания тела. Тело плавает на поверхности жидкости, когда сила тяжести уравновешивается силой Архимеда:
где \(F_т = mg\) — сила тяжести, действующая на тело, \(F_A = \rho_ж g V_п\) — сила Архимеда, \(\rho_ж\) — плотность жидкости, \(V_п\) — объем погруженной части тела.
В покоящемся лифте:
Отсюда объем погруженной части:
Когда лифт движется с ускорением \(a\), направленным вниз, на все тела в лифте действует эффективное ускорение свободного падения \(g_{эфф} = g - a\). Условие плавания тела принимает вид:
где \(V'_п\) — новый объем погруженной части тела.
Отсюда:
Мы видим, что объем погруженной части не изменился. Это объясняется тем, что и сила тяжести, и сила Архимеда уменьшаются в одинаковой пропорции при уменьшении эффективного ускорения свободного падения.
Ответ: Глубина погружения ломтика лимона в чай не изменится, так как отношение силы тяжести к силе Архимеда остается постоянным независимо от ускорения лифта.
| Раздел физики | Основные законы и принципы |
|---|---|
| Механика |
|
| Молекулярная физика и термодинамика |
|
| Электродинамика |
|
| Оптика |
|
| Квантовая физика |
|
Источники: