Единый государственный экзамен

Образец варианта
Единого государственного экзамена
по физике 2002 г.

Инструкция по выполнению работы

На выполнение экзаменационной работы по физике выделяется 3 часа (180 минут). Работа состоит из трех частей, включающих 45 заданий.

Часть 1 включает 35 заданий (А1–А35). К каждому заданию предлагается 4 ответа, только один из которых правильный.

Часть 2 состоит из 5 заданий (В1–В5), на которые следует дать краткий ответ в виде числа. В бланк ответов следует внести значение рассчитанной величины в тех единицах измерений, которые указаны в условии задания. Если такого указания нет, то значение величины следует обязательно записать в Международной системе единиц (СИ). При вычислении разрешается пользоваться непрограммируемым калькулятором.

Часть 3 содержит 5 заданий (С1–С5), на которые требуется дать развернутый ответ. Задания С1–С5 представляют собой задачи, при оформлении решения которых в специальный бланк для развернутых ответов следует внести названия законов или ссылки на определения физических величин, соответствующих уравнениям (формулам), которыми вы пользуетесь. Если требуется, то следует рассчитать численное значение искомой величины, если нет, то следует оставить решения в буквенном виде. Рекомендуется провести предварительное решение этих заданий на черновике, чтобы при записи в бланке ответов решение уместилось примерно на половине страницы бланка.

Отметка «3» ставится за правильное выполнение не менее 15 любых заданий из всей работы.

Для получения отметки «5» необходимо выполнить задания из всех частей работы. При этом не требуется решить все задания.

Ниже приведены справочные данные, которые могут понадобиться вам при выполнении работы.

Таблица 1. Десятичные приставки

Таблица 2. Физические постоянные

Приступайте к выполнению работы.

Желаем успеха!

ЧАСТЬ 1

При выполнении заданий этой части укажите в бланке ответов цифру, которая обозначает выбранный вами ответ, поставив знак «ґ» в соответствующей клеточке бланка для каждого задания.

А1

Когда мы говорим, что смена дня и ночи на Земле объясняется вращением Земли вокруг своей оси, то мы имеем в виду систему отсчета, связанную с:

1) Солнцем; 2) Землей; 3) планетами; 4) любым телом.

А2

Исследуя движение бруска по столу, ученик выяснил, что, скользя по поверхности стола после толчка, брусок движется с ускорением а₁ = 1 м/с² (рис. 1, а), поставленный на катки, под действием силы F₀ брусок движется с ускорением а₂ = 3 м/с² (рис. 1, б). В опыте, представленном на рис. 1, в, ускорение бруска равно: 1) 1 м/с²; 2) 2 м/с²; 3) 3 м/с²; 4) 4 м/с².

 А3

Расстояние между центрами двух шаров равно 1 м, масса каждого шара 1 кг. Сила всемирного тяготения между ними равна:

1) 1 Н; 2) 0,001 Н; 3) 7 • 10^–5 Н; 4) 7 • 10^–11 Н.

А4

На неподвижный бильярдный шар налетел другой такой же. После удара шары разлетелись под углом 90° так, что импульс одного равен р₁=0,3 кг • м/с, а другого – р₂ = 0,4 кг • м/с (см. рис. 2). Налетающий шар имел импульс, равный:

1) 0,1 кг • м/с;
2) 0,5 кг • м/с;
3) 0,7кг • м/с;
4) 0,25 кг • м/с.

А5

Первый автомобиль имеет массу 1000 кг, второй – 500 кг. Скорости их движения изменяются в соответствии с графиками, представленными на рис. 3.

Отношение кинетических энергий автомобилей в момент времени t1 равно:

1) 1/4; 2) 2; 3) 1/2; 4) 4.

А6

Груз массой 0,1 кг, привязанный к нити длиной 1 м, совершает колебания. Чему равен момент силы тяжести относительно точки подвеса при максимальном отклонении нити от вертикали? Максимальное значение угла между нитью и вертикалью равно 30°.

1) 0,25 Н • м; 2) 0,50 Н • м; 3) 0,75 Н • м; 4) 1,00 Н • м.

А7

В уравнении гармонических колебаний величина, стоящая под знаком косинуса, называется:

1) фазой;
2) начальной фазой;
3) смещением от положения равновесия;
4) циклической частотой.

А8

В жидкостях частицы совершают колебания возле положения равновесия, сталкиваясь с соседними частицами. Время от времени частица совершает «прыжок» к другому положению равновесия. Какое свойство жидкостей можно объяснить таким характером движения частиц:

1) малую сжимаемость;
2) текучесть;
3) давление на дно сосуда;
4) изменение объема при нагревании?

А9

В баллоне находится 0,01 моля газа. Сколько примерно молекул газа находится в баллоне:

1) 10²¹; 2) 6 • 10²¹; 3) 10²⁴; 4) 6 • 10^24?

А10

Внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры:

1) увеличивается;
2) уменьшается;
3) увеличивается или уменьшается в зависимости от изменения объема;
4) не изменяется.

А11

На рис. 4 представлен график зависимости абсолютной температуры T воды массой m от времени t при осуществлении теплоотвода с постоянной мощностью P. В момент времени t = 0 вода находилась в газообразном состоянии.

 Какое из приведенных ниже выражений определяет удельную теплоемкость жидкой воды по результатам этого опыта:

А12

Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл:

1) 40 Дж; 2) 60 Дж; 3) 100 Дж; 4) 160 Дж?

А13

Давление идеального газа увеличилось в 2 раза, а температура газа не изменилась. Объем газа при этом:

1) увеличился в 2 раза;
2) уменьшился в 2 раза;
3) увеличился в 4 раза;
4) не изменился.

А14

При неизменной концентрации молекул идеального газа в результате охлаждения давление газа уменьшилось в 4 раза. Средняя квадратичная скорость теплового движения молекул газа при этом:

1) уменьшилась в 16 раз;
2) уменьшилась в 2 раза;
3) уменьшилась в 4 раза;
4) не изменилась.

А15

Как необходимо изменить расстояние между двумя точечными электрическими зарядами, если величина одного из этих зарядов увеличилась в 2 раза, чтобы сила их кулоновского взаимодействия осталась прежней?

1) Увеличить в 2 раза;
2) уменьшить в 2 раза;
3) увеличить в раз;
4) уменьшить в раз.

А16

В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки 1 в точку 2 по разным траекториям (рис. 5). В каком случае работа сил электростатического поля больше?

 1) I; 2) II; 3) III; 4) работа сил электростатического поля по траекториям I, II, III одинакова.

А17

Каждый из четырех одинаковых по величине и знаку зарядов, расположенных в вершинах квадрата (рис. 6), создают в точке A электрическое поле, напряженность которого равна Е.

 

 Напряженность поля в точке А равна:

А18

Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение на его концах и площадь сечения проводника увеличить в 2 раза?

1) Не изменится;
2) уменьшится в 4 раза;
3) увеличится в 2 раза;
4) увеличится в 4 раза.

А19

Какую из схем – I или II (рис. 7) – следует использовать при исследовании зависимости прямого тока диода от напряжения? Амперметр и вольтметр не идеальны.

1) I; 2) II; 3) можно использовать обе схемы; 4) ни одну из схем использовать нельзя.

А20

Проволочная рамка движется в неоднородном магнитном поле с силовыми линиями, выходящими из плоскости листа, в случае I – со скоростью v₁, в случае II – со скоростью v₂ (рис. 8). Плоскость ее остается перпендикулярной линиям вектора магнитной индукции. В каком случае возникает ток в рамке?

1) Только в случае I;
2) только в случае II;
3) в обоих случаях;
4) ни в одном из случаев.

А21

При попадании солнечного света на капли дождя образуется радуга. Это объясняется тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, которые каплями воды по-разному: 1) поглощаются; 2) отражаются; 3) поляризуются; 4) преломляются.

А22

В космическом корабле, летящем к далекой звезде с постоянной скоростью, проводят экспериментальное исследование колебаний пружинного маятника. Будут ли отличаться результаты этого исследования от аналогичного, проводимого на Земле (рис. 9)?

1) Не будут, результаты будут одинаковыми при любых скоростях корабля;
2) будут отличаться вследствие релятивистских эффектов, если скорость корабля близка к скорости света; при малых скоростях корабля результаты будут одинаковыми;
3) да, т.к. в корабле на маятник действует еще и сила инерции;
4) да, т.к. из-за отсутствия взаимодействия с Землей корабельный маятник не будет колебаться.

А23

Как изменится минимальная частота, при которой возникает фотоэффект, если пластинке сообщить отрицательный заряд?

1) Не изменится;
2) увеличится;
3) уменьшится;
4) увеличится или уменьшится в зависимости от рода вещества.

А24

На рис. 10 приведен спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения паров известных металлов. По анализу спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы:

1) только стронция (Sr) и кальция (Са);
2) только натрия (Na) и стронция (Sr);
3) только стронция (Sr), кальция (Са) и натрия (Na);
4) стронция (Sr), кальция (Са), натрия (Na) и другого вещества.

А25

Определите энергию ядерной реакции

Энергию считать положительной, если в процессе реакции она выделяется, и отрицательной, если она поглощается.

1) 0 МэВ; 2) 943,9 МэВ; 3) 4,3 МэВ; 4) 20 537,7 МэВ.

А26

Ученик объяснил закономерности свободного падения следующим образом: в соответствии с законом всемирного тяготения на тело большей массы действует бо1льшая сила, следовательно, в соответствии со вторым законом Ньютона тело большей массы движется с бо1льшим ускорением. Какое из приведенных ниже высказываний позволяет разрешить противоречие между фактом и данным объяснением?

1) В соответствии со вторым законом Ньютона ускорение обратно пропорционально массе, следовательно, ускорение свободного падения не зависит от массы:
            
2) второй закон Ньютона нельзя применять к свободному падению;
3) Земля – неинерциальная система отсчета, поэтому ускорение не зависит от массы;
4) Земля не имеет точно шаровой формы, поэтому нельзя применить закон всемирного тяготения.

А27

На рис. 11 представлена установка по измерению скорости пули: при попадании пули массой m в брусок массой М он поднимается на высоту h. Как определить скорость пули v₀?

1) Из закона сохранения механической энергии mv₀² /2 = (m + M)gh;
2) с помощью закона сохранения импульса mv₀ = (m + M)v и закона сохранения механической энергии (m + M)v²/2 = (m + M)gh;
3) данная установка не позволяет найти v0, т.к. не выполняется закон сохранения импульса при взаимодействии пули и бруска;
4) данная установка не позволяет найти v₀, т.к. при взаимодействии пули и бруска  не выполняется закон сохранения механической энергии.

А28

При прямолинейном равноускоренном движении с нулевой начальной скоростью путь, пройденный телом за две секунды с начала движения, больше пути, пройденного за первую секунду, в:

1) 2 раза; 2) 3 раза; 3) 4 раза; 4) 5 раз.

А29

Идеальный газ сначала нагревался при постоянном давлении, потом его давление увеличивалось при постоянном объеме, затем при постоянной температуре давление газа уменьшилось до первоначального значения. Какой из графиков в координатных осях p–T (рис. 12) соответствует этим изменениям состояния газа?

А30

В Северном полушарии Земли в декабре дни короче, чем в июне, т.к.:

1)  зимой Земля движется медленнее по орбите вокруг Солнца;
2)  зимой Земля движется быстрее по орбите вокруг Солнца;
3)  в декабре ось суточного вращения Земли наклонена севером к Солнцу;
4)  в декабре ось суточного вращения Земли наклонена так, что Северное полушарие Земли повернуто от Солнца.

А31

Радиусы окружностей, по которым движутся a-частица (R_a) и протон (R_p) (m_a = 4m_p; q_a = 2q_p), влетевшие в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору магнитной индукции с одной и той же скоростью, соотносятся как:

1) R_a = 2 • R_p; 2) R_a = 4 • R_p; 3) R_a = R_p/2; 4) R_a = R_p/4.

А32

На сколько клеток и в каком направлении следует переместить стрелку на рис. 13, чтобы изображение стрелки в зеркале было видно наблюдателю полностью?

1) Стрелка и так видна глазу полностью;
2) на 1 клетку вправо;
3) на 1 клетку влево;
4) на 1 клетку вниз.

А33

Заряженная частица излучает электромагнитные волны в вакууме:

1) только при движении с ускорением;
2) только при движении с постоянной скоростью;
3) только в состоянии покоя;
4) как в состоянии покоя, так и при движении с постоянной скоростью;

А34

Были измерены спектры теплового излучения при трех различных температурах (T₃>T₂>T₁). Какой из графиков зависимости плотности излучения от частоты (рис. 14) соответствует результатам наблюдения?

А35

Было проведено три эксперимента по измерению зависимости фототока от приложенного напряжения между фотокатодом и анодом.

В этих экспериментах металлическая пластинка фотокатода освещалась монохроматическим светом одной и той же частоты, но разной интенсивности (рис. 15).

На каком из рисунков (рис. 16) правильно отражены результаты этих экспериментов?

ЧАСТЬ 2

Ответом на задания этой части будет некоторое число. Это число надо записать в бланк ответов рядом с номером задания (В1–В5), начиная с первой клеточки. Каждую букву или цифру пишите в отдельной клеточке. Единицы измерений писать не нужно.

B1

Тело массой 0,1 кг колеблется так, что проекция aх ускорения его движения зависит от времени в соответствии с уравнением Чему равна проекция силы на ось OX, действующей на тело в момент времени t = 5/6 c? Умножьте ответ на 10 и полученное число запишите в бланк.

Ответ: 5.

B2

Для определения удельной теплоемкости вещества тело массой 500 г, нагретое до температуры 100 °С, опустили в железный стакан калориметра, содержащий 200 г воды. Начальная температура калориметра с водой 30 °С. После установления теплового равновесия температура тела, воды и калориметра 37 °С. Определите удельную теплоемкость вещества исследуемого тела. Масса калориметра равна 100 г, удельная теплоемкость железа 640 Дж/(кг • К), удельная теплоемкость воды 4180 Дж/(кг • К).

Ответ: 200.

B3

При лечении электростатическим душем к электродам прикладывается разность потенциалов 105 В. Какой заряд проходит между электродами за время процедуры, если известно, что электрическое поле совершает при этом работу, равную 1800 Дж? Ответ выразите в милликулонах..

Ответ: 18.

B4

В дно водоема глубиной 2 м, вертикально забита свая, так, что ее верхний конец находится под водой. Найдите длину тени от сваи на дне водоема, если угол падения солнечных лучей на поверхность воды равен 30°. Ответ выразите в сантиметрах, округлите до целых и запишите в бланк.

Ответ: 81.

B5

Дан график зависимости числа нераспавшихся ядер ртути от времени (рис. 17). Чему равен период полураспада этого изотопа ртути (в минутах)?

ЧАСТЬ 3

Для ответов на задания этой части (С1–С5) используйте специальный бланк. Запишите сначала номер задания (С1 и т.д.), а затем запишите полное решение.

C1

Нить маятника длиной l = 1 м, к которой подвешен груз массой m = 0,1 кг, отклонена на угол a от вертикального положения и отпущена. Сила натяжения нити Т в момент прохождения маятником положения равновесия равна 2 Н. Чему равен угол a?

Решение (4 балла)

1. Присутствует рисунок с указанием сил, действующих на груз маятника в момент прохождения маятником положения равновесия. (1 балл.)

2. На основании второго закона Ньютона, ускорение, вызванное суммой действующих на груз сил тяжести и натяжения нити, равно величине центростремительного ускорения:

     (1 балл.)

3. Записан закон сохранения механической энергии для груза маятника: в состоянии максимального отклонения энергия является потенциальной (U), а в момент прохождения положения равновесия – кинетической (за начало отсчета U выбрано нижнее положение груза):

   (1 балл.)

4. Получен ответ в алгебраической и численной формах:

  (1 балл.)

C2

В калориметре нагревается 200 г льда. На рис. 18 представлен график зависимости температуры льда от времени. Пренебрегая теплоемкостью калориметра и тепловыми потерями, определите подводимую к нему мощность путем рассмотрения процессов нагревания льда и (или) воды.

Решение (4 балла)

1. Плавление вещества происходит на участке, где температура остается постоянной. При температуре вещества превышающей температуру плавления, оно находится в жидком состоянии, и его теплоемкость, по условию задачи, с_ж = 4,2 кДж/(кг • К). (1 балл.)

2. При нагревании жидкости от 0 до 40 °C она получает от нагревателя количество теплоты Q = mc_жDT, где DT = 40 K – изменение температуры жидкости массой m = 0,2 кг. (1 балл.)

3. Как следует из графика, нагревание происходит за время t1 = 60 с. При мощности нагревателя P он отдает системе количество теплоты Q = Pt. (1 балл.)

4. Из уравнения теплового баланса Pt₁=mc_жDT определяется мощность нагревателя P=mc_жDT/t₁=0,2•4,2•40/60=0,56 кВт.

Аналогичный результат (с меньшей точностью) можно получить, рассматривая нагревание твердой фазы (слева на графике) на DT = 40 K за время t₂=30 с. Уравнение теплового баланса в этом случае дает: P= mc_твDT/t₂=0,2•2,1•40/30=0,56кВт. (1 балл.)

C3

В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности равна I_m=5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсатора равна q_m=2,5 нКл. В момент времени t заряд конденсатора q=1,5 нКл. Найдите силу тока в катушке в этот момент.

Решение (4 балла)

1. В идеальном контуре сохраняется энергия колебаний:
              (1 балл.)
2. Из равенства (1) следует:
3. Из равенства (2) следует:
4. В результате получаем:

С4

Объектив фотоаппарата имеет фокусное расстояние 5 см, а размер кадра 24x35 мм. С какого расстояния надо сфотографировать чертеж размером 480x600 мм, чтобы получить максимальный размер изображения? Какая часть площади кадра будет при этом занята изображением?

Решение (4 балла)

1. Правильно построен чертеж хода лучей и записана формула линзы
2. Из отношения высот кадра (h) и чертежа (H) найдено увеличение:
3. Найдено расстояние до чертежа при съемке:    (1 балл.)
4. Найдено отношение площадей изображения и кадра

С5

Фотоэффект у данного металла начинается при частоте излучения 6 • 1014 Гц. Найдите частоту падающего света, если вылетающие с поверхности металла фотоэлектроны полностью задерживаются сеткой, потенциал которой относительно металла составляет 3 В.

Решение (5 баллов)

1. Записано уравнение Эйнштейна для фотоэффекта с учетом задерживающего потенциала: hn=А+Е_к.(1 балл.)
2. Записано условие Е_к = eU. (1 балл.)
3. Записано условие красной границы фотоэффекта hn₀=А. (1 балл.)
4. Получено алгебраическое выражение для ответа: n = n₀ + eU/h. (1 балл.)
5. Получен ответ в численной форме: n=1,32 • 10¹⁵ Гц. (1 балл.)