Задание 5 ЕГЭ по физике проверяет знание основных понятий и законов молекулярной физики, а также умение анализировать физические процессы и выбирать верные утверждения. В этом задании требуется выбрать два или три верных утверждения из пяти предложенных, связанных с молекулярно-кинетической теорией, свойствами газов, жидкостей и твердых тел.
Для успешного выполнения задания 5 необходимо хорошо знать основные понятия, законы и формулы молекулярной физики, а также уметь анализировать физические процессы и явления.
Молекулярная физика – раздел физики, изучающий физические свойства тел на основе их молекулярного строения и характера движения и взаимодействия частиц, из которых состоят тела.
Количество вещества (ν) – физическая величина, показывающая, сколько структурных единиц (атомов, молекул, ионов) содержится в данном теле. Единица измерения – моль.
ν = N/N_A, где N – число частиц, N_A – постоянная Авогадро (≈ 6,02·10²³ моль⁻¹).
Молярная масса (M) – масса одного моля вещества. Единица измерения – кг/моль.
M = m/ν, где m – масса вещества, ν – количество вещества.
Основное уравнение МКТ идеального газа связывает давление газа с кинетической энергией поступательного движения его молекул:
p = (1/3)·n·m₀·⟨v²⟩
где p – давление газа, n – концентрация молекул, m₀ – масса одной молекулы, ⟨v²⟩ – средний квадрат скорости молекул.
Это уравнение можно записать через среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул:
p = (2/3)·n·⟨E_к⟩
где ⟨E_к⟩ = (1/2)·m₀·⟨v²⟩ – средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы.
Температура – физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения молекул:
⟨E_к⟩ = (3/2)·k·T
где k – постоянная Больцмана (≈ 1,38·10⁻²³ Дж/К), T – абсолютная температура (в Кельвинах).
Связь между температурой по шкале Цельсия (t) и абсолютной температурой (T):
T = t + 273,15
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева) связывает давление, объем и температуру газа:
p·V = m·(R/M)·T = ν·R·T
где p – давление газа, V – объем газа, m – масса газа, M – молярная масса газа, ν – количество вещества, R – универсальная газовая постоянная (≈ 8,31 Дж/(моль·К)), T – абсолютная температура.
Изопроцесс – процесс, при котором один из параметров состояния газа (давление, объем или температура) остается постоянным.
Изотермический процесс (T = const):
p·V = const (закон Бойля-Мариотта)
Изобарный процесс (p = const):
V/T = const (закон Гей-Люссака)
Изохорный процесс (V = const):
p/T = const (закон Шарля)
Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
Давление насыщенного пара зависит только от температуры и не зависит от объема.
Абсолютная влажность – масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха.
Относительная влажность – отношение парциального давления водяного пара в воздухе к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах:
φ = (p_пар/p_нас)·100%
Поверхностное натяжение – физическое явление, обусловленное тем, что молекулы поверхностного слоя жидкости находятся в особых условиях по сравнению с молекулами внутри жидкости.
Коэффициент поверхностного натяжения (σ) – физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения к длине контура, ограничивающего поверхность:
σ = F/l
Капиллярные явления – подъем или опускание жидкости в капиллярах (узких трубках).
Высота подъема жидкости в капилляре:
h = 2σ·cos(θ)/(ρ·g·r)
где σ – коэффициент поверхностного натяжения, θ – краевой угол смачивания, ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, r – радиус капилляра.
Кристаллические тела – твердые тела, имеющие упорядоченное расположение частиц, образующих кристаллическую решетку.
Свойства кристаллических тел:
Аморфные тела – твердые тела, не имеющие упорядоченного расположения частиц.
Свойства аморфных тел:
При решении задания 5 необходимо:
Выберите два верных утверждения о свойствах газов и их молекулярном строении.
Ответ: 14
Проанализируем каждое утверждение:
1. "Давление газа на стенки сосуда тем больше, чем больше средняя кинетическая энергия молекул газа."
Согласно основному уравнению МКТ идеального газа: p = (2/3)·n·⟨E_к⟩, где ⟨E_к⟩ – средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Из этого уравнения следует, что при постоянной концентрации молекул давление газа прямо пропорционально средней кинетической энергии молекул. Утверждение верное.
2. "При изотермическом сжатии идеального газа средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул увеличивается."
При изотермическом процессе температура газа остается постоянной. Согласно формуле ⟨E_к⟩ = (3/2)·k·T, средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре. Поскольку температура не меняется, средняя кинетическая энергия молекул также остается постоянной. Утверждение неверное.
3. "Давление газа на стенки сосуда тем больше, чем больше масса одной молекулы газа при неизменной концентрации молекул и температуре."
Согласно основному уравнению МКТ идеального газа: p = (1/3)·n·m₀·⟨v²⟩. При постоянной температуре средняя кинетическая энергия молекул постоянна: ⟨E_к⟩ = (1/2)·m₀·⟨v²⟩ = (3/2)·k·T. Отсюда следует, что ⟨v²⟩ = 3·k·T/m₀. Подставляя это выражение в формулу для давления, получаем: p = (1/3)·n·m₀·(3·k·T/m₀) = n·k·T. Таким образом, при постоянной концентрации молекул и температуре давление газа не зависит от массы молекул. Утверждение неверное.
4. "При изобарном нагревании идеального газа средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул увеличивается."
При изобарном нагревании температура газа увеличивается. Согласно формуле ⟨E_к⟩ = (3/2)·k·T, средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре. Поскольку температура увеличивается, средняя кинетическая энергия молекул также увеличивается. Утверждение верное.
5. "Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры."
Внутренняя энергия идеального газа определяется формулой: U = (i/2)·ν·R·T, где i – число степеней свободы молекул газа. Для одноатомного газа i = 3, для двухатомного i = 5, для многоатомного i = 6. Таким образом, внутренняя энергия идеального газа зависит от температуры, количества вещества и числа степеней свободы молекул, но не зависит от давления и объема. Утверждение верное.
Верные утверждения: 1, 4, 5. Поскольку нужно выбрать два утверждения, а верных три, необходимо внимательно перечитать условие задачи. Возможно, в условии есть дополнительные указания или ограничения.
Если строго следовать условию задачи и выбрать только два утверждения из трех верных, то наиболее полными и точными являются утверждения 1 и 4.
Ответ: 1, 4.
Выберите два верных утверждения о свойствах жидкостей и твердых тел.
Ответ: 245
Проанализируем каждое утверждение:
1. "Аморфные тела, в отличие от кристаллических, обладают анизотропией физических свойств."
Анизотропия – зависимость физических свойств от направления. Кристаллические тела обладают анизотропией из-за упорядоченного расположения частиц в кристаллической решетке. Аморфные тела, напротив, изотропны, т.е. их физические свойства не зависят от направления. Утверждение неверное.
2. "При повышении температуры жидкости ее поверхностное натяжение уменьшается."
С повышением температуры кинетическая энергия молекул жидкости увеличивается, что приводит к ослаблению межмолекулярных сил притяжения. В результате поверхностное натяжение жидкости уменьшается. Утверждение верное.
3. "Давление насыщенного пара жидкости не зависит от температуры."
Давление насыщенного пара жидкости зависит только от температуры и не зависит от объема. С повышением температуры давление насыщенного пара увеличивается. Утверждение неверное.
4. "Высота подъема жидкости в капилляре обратно пропорциональна радиусу капилляра."
Высота подъема жидкости в капилляре определяется формулой: h = 2σ·cos(θ)/(ρ·g·r), где r – радиус капилляра. Из этой формулы следует, что высота подъема жидкости обратно пропорциональна радиусу капилляра. Утверждение верное.
5. "Кристаллические тела имеют определенную температуру плавления, а аморфные размягчаются в некотором интервале температур."
Кристаллические тела имеют упорядоченную структуру, и при достижении определенной температуры (температуры плавления) происходит разрушение кристаллической решетки, и тело переходит в жидкое состояние. Аморфные тела не имеют упорядоченной структуры, и при нагревании они постепенно размягчаются в некотором интервале температур. Утверждение верное.
Верные утверждения: 2, 4, 5. Поскольку нужно выбрать два утверждения, а верных три, необходимо внимательно перечитать условие задачи. Возможно, в условии есть дополнительные указания или ограничения.
Если строго следовать условию задачи и выбрать только два утверждения из трех верных, то наиболее полными и точными являются утверждения 2 и 5.
Ответ: 2, 5.
| Формула | Описание |
|---|---|
ν = N/N_A |
Количество вещества |
M = m/ν |
Молярная масса |
p = (1/3)·n·m₀·⟨v²⟩ |
Основное уравнение МКТ идеального газа |
p = (2/3)·n·⟨E_к⟩ |
Основное уравнение МКТ через среднюю кинетическую энергию |
⟨E_к⟩ = (3/2)·k·T |
Средняя кинетическая энергия молекул |
p·V = m·(R/M)·T = ν·R·T |
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева) |
p·V = const (при T = const) |
Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс) |
V/T = const (при p = const) |
Закон Гей-Люссака (изобарный процесс) |
p/T = const (при V = const) |
Закон Шарля (изохорный процесс) |
φ = (p_пар/p_нас)·100% |
Относительная влажность воздуха |
σ = F/l |
Коэффициент поверхностного натяжения |
h = 2σ·cos(θ)/(ρ·g·r) |
Высота подъема жидкости в капилляре |
U = (i/2)·ν·R·T |
Внутренняя энергия идеального газа |