ТЕМА: Термодинаміка. Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна і його максимальне значення.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати розрахункові задачі, застосовуючи функціональні залежності між основними фізичними величинами.

Дано:
\(T_{\text{Н}}=373\ \text{К}\)
\(T_{\text{Х}}=273\ \text{К}\)
\(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\lambda}=330\ \text{кДж/кг}\)
\(A_{\text{кор}}=110\ \text{кДж}\)

Знайти:
\(m(\text{г})\ -\ ?\)
\(\text{ККД}\ (\text{%})\ -\ ?\)

ККД ідеальної теплової машини можна записати у двох формах: \begin{gather*} \text{ККД}=\frac{T_{\text{Н}}-T_{\text{Х}}}{T_{\text{Н}}}\cdot 100\ \text{%}\\[6pt] \text{і}\\[6pt] \text{ККД}=\frac{A_{\text{кор}}}{A_{\text{повна}}}\cdot 100\ \text{%}. \end{gather*} Корисна робота \(A_{\text{кор}}\) передається робочому тілу, а різниця між корисною і повною роботою – холодильнику. Тобто енергію \(Qx\), отриману холодильником, визначають за формулою \begin{gather*} Qx=A_{\text{кор}}\left(\frac{T_{\text{Н}}}{T_{\text{Н}}-T_{\text{Х}}}-1\right);\\[6pt] A_{\text{кор}}\left(\frac{T_{\text{Х}}}{T_{\text{Н}}-T_{\text{Х}}}\right);\\[6pt] Qx=A_{\text{повна}}-A_{\text{кор}};\\[6pt] Qx=\frac{A_{\text{кор}}\cdot 100\ \text{%}}{\text{ККД}}-A_{\text{кор}};\\[6pt] Qx=A_{\text{кор}}\left(\frac{100\ \text{%}}{\text{ККД}}-1\right);\\[6pt] Qx=A_{\text{кор}}\left(\frac{T_{\text{Н}}}{T_{\text{Н}}-T_{\text{Х}}}-1\right);\\[6pt] Qx=110\ \frac{\text{кДж}}{\text{кг}}\cdot \left(\frac{273\ \text{К}}{373\ \text{К}-273\ \text{К}}\right);\\[6pt] Qx=110\ \cdot 10^3\ \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}\cdot \left(\frac{273\ \text{К}}{100\ \text{К}}\right);\\[6pt] Qx=300,3\cdot 10^3\ \text{Дж}. \end{gather*} Рівняння теплового балансу для речовини під час плавлення: $$ Qx=\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\lambda}m. $$ Тож

Обчислення ККД ідеальної теплової машини:

Відповідь: 1. 910. 2. 27

ТЕМА: Механіка. Основи динаміки. Перший закон Ньютона. Механічна робота. Потужність.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати комбіновані розрахункові задачі на закони Ньютона й механічну роботу, потужність.

Дано:
\(m=3\ \text{т}=3\ 000\ \text{кг}\)
\(V=72\ \text{км/год}=20\ \text{м/с}\)
\(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\mu}=0,06\)
\(g=10\ \text{м/с}^2\)
\(S=1\ \text{км}=10^3\ \text{м}\)

1. Знайти:
\(P(\text{кВт})\ -\ ?\)

Спочатку треба записати перший закон Ньютона: $$ \overrightarrow{F}_{\text{тертя}}+N+\overrightarrow{F}_{\text{тяги}}+m\overrightarrow{g}=0. $$

Після цього перейти до проєкцій:
за віссю \(Ox:\ -F_{\text{тертя}}+F_{\text{тяги}}=0\)
\(F_{\text{тяги}}=F_{\text{тертя}}\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\mu}N\)
за віссю \(Oy:\ N=mg\), тому \(F_{\text{тяги}}=\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\mu}mg\).

Потужність

2. Знайти:
\(A(\text{МДж})\ -\ ?\)

Робота

Відповідь: 1. 36. 2. 1,8.

ТЕМА: Механіка. Механічні коливання. Закони збереження в механиці. Коливання вантажу на пружині. Математичний маятник. Прості механізми.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати основні поняття i закони механіки, формули для визначення фізичних величин, математичні вирази законів.

1. Малі коливання на нитці можна вважати коливаннями математичного маятника. Отже, 1 – A.

2. Закручування гайки гайковим ключем – це важіль. Отже, 2 – Б.

3. Дві кульки пружно зіткнулися і їхній рух після взаємодії визначено законом збереження імпульсу. Отже, 3 – Г.

4. Період коливання тіла на пружині визначають за формулою В.

Відповідь: 1A, 2Б, 3Г, 4В.

ТЕМА: Електродинаміка. Закони постійного струму. Сила струму. Опір провідників. Закон Ома для ділянки кола.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати математичні вирази законів електродинаміки i формули для визначення фізичних величин.

1. Сила струму за означенням \(I=\frac{\triangle q}{\triangle t}\), отже, 1 – A.

2. Опір за озаченням \(R=\frac{pl}{S}\), отже, 2 – Б.

3. Питомий опір (з попередньої формули) \(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\rho}=\frac{R\cdot S}{\triangle l}\), отже, 3 – Д.

4. Електрична напруга за законом Ома \(U=IR\).
Але і силу струму, і опір описано формулами за означенням, тому \(U=\frac{\triangle qpl}{\triangle tS}\), отже, 4 – Г.

Відповідь: 1A, 2Б, 3Д, 4Г.

ТЕМА: Термодинаміка. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів.

Завдання скеровано на перевірку вміння роз'язувати розрахункові задачі на газові закони, роботу термодинамічного процесу, перший закон термодинаміки.

Перший закон термодинаміки: кількість теплоти \(Q\), надана системі, використовується на зміну її внутрішньої енергії \(\triangle U\) й на роботу системи \(A\): $$ Q=\triangle U+A\ \ (1) $$

Робота в термодинаміці визначається зміною об'єму \(\triangle V\): $$ A=\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\eta}\triangle V\ \ (2) $$

Внутрішня енергія $$ \triangle U=\frac i2 R\triangle T\ \ (3) $$ змінюється прямопропорційно до зміни термператури.

1. Ізотермічне \(T=const;\ \triangle T=0\rightarrow\ \text{з}\ (3)\ \triangle U=0\).
Розширення \(V_2\gt V_1;\ \triangle V=V_2-V_1\gt 0\rightarrow\ (2)\ A\gt 0\).
З першого закону термодинаміки (1) \(Q\gt 0\).
\(Q\gt 0,\ A\gt 0\), отже, 1 – B.

2. Адіабатне \(Q=0\).
Стискання \(V_2\lt V_1,\ \triangle V\lt 0\), тому з (2) \(A\lt 0\).
\(Q=0,\ A\gt 0\), отже, 2 – Д.

3. Ізохорне \(V=const,\ \triangle V=0,\ A=0\).
Охолодження \(T_2\lt T_1,\ \triangle U\lt 0\), тому з (1) \(Q\lt 0\).
\(Q\lt 0,\ A=0\), отже, 3 – A.

4. Ізобарне \(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\eta}=const,\ \triangle V=0,\ A=0\).
Стискання \(V_2\lt V_1,\ \triangle V\lt 0\rightarrow A\lt 0\)з (2).
За законом Гей-Люссака залежність між об'ємом i температурою прямо пропорційна, тобто \(T_2\lt T_2,\ \triangle T\lt 0\) з (3) \(\triangle U\lt 0\), тому з (1) \(Q\lt 0\).
\(Q\lt 0,\ A\lt 0\), отже, 4 – Б.

Відповідь: 1B, 2Д, 3A, 4Б.

ТЕМА: Механіка. Ріномірний рух по колу. Період і частота. Лінійна і кутова швидкості.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати розрахункові задачі, застосовуючи функціональні залежності між основними фізичними величинами, на рівномірний рух по колу.

1. \(|\overline{S}|=2R\) – відстань від початку руху точки 1 до кінця точки 2. Отже, 1 – Г.

2. \(|\overline{l}|=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R}{2}\) – формула довжини половини кола.
\(|\overline{l}|=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R}{2}=\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R\). Отже, 2 – B.

3. \(|\overline{V}|=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R}{T}\), за умовою період \(T=2t\), тому
\(|\overline{V}|=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R}{2t}=\frac{\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}R}{t}\). Отже, 3 – Б.

4. \(w=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}}{T}=\frac{2\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}}{2t}=\frac{\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}}{t}\). Отже, 4 – A.

Відповідь: 1Г, 2B, 3Б, 4A.

ТЕМА: Квантова фізика. Фотоефект і його закони.

Завдання скеровано на перевірку знання понять «фотоефект», «червона межа фотоефекту».

Існує мінімальна частота падного випромінення, за якої фотоефект відбувається. Нижче цієї «червоної межі» фотоефект неможливий.

Відповідь: B.

ТЕМА: Квантова фізики. Тиск світла.

Завдання скеровано на перевірку знання про тиск світла.

$$ \style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\eta}=\frac{F}{S}=\frac{p\triangle t}{S},\ \text{де} $$ \(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\eta}\) – тиск
\(F\) – сила
\(S\) – площа поверхні
\(p\) – імпульс фотона
\(\triangle t\) – час.

Імпульс фотона, який відбивається, у два рази більший від імпульсу поглиненого фотона, тому тиск збільшиться, якщо поверхню пофарбувати білою фарбою.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Оптіка. Спектральній аналіз.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати задачі, які передбачають оброблення й аналіз результатів експерименту, поданих на фото або схематичному рисунку.

Усі спектральні лінії \(\mathrm{Na}\) є у спектрі суміші.

Спектральні лінії \(\mathrm{H}\) теж є у спектрі суміші (рис. Б).

Натомість ліній із довжинами хвиль як у \(\mathrm{He}\) в суміші немає.

Відповідь: B.

ТЕМА: Оптика. Лінза. Побудова зображень, які дає тонка лінза.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати задачі на зображення ходу світлових променів через тонку лінзу.

З рисунків зрозуміло, що йдеться про збиральну лінзу. Тож після заломлення світловий промінь повинен перетнутися зі своєю пібічною віссю у фокальній площині.

Тому потрібно доповнити рисунок, накресливши побічну вісь і фокальну площину.

A
Б
B
Г

Заданій умові відповідає тільки останній рисунок.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Оптика. Закони відбивання світла.

Завдання скеровано на перевірку вміння розпізнавати прояви хвильових явищ, зокрема, явище дзеркального відбивання світла.

Металева поверхня не прозора, не чорна, тому заломлення і повне поглинання неможливі.

За умовою поверхня полірована, тому відбивання саме дзеркальне.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Коливання і хвилі. Власна частота й період електромагнітних коливань.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв'язувати розрахункові задачі на залежність періоду власних коливань від параметрів системи й визначати довжину хвилі.

Дано:
\(С=50\ \text{пФ}=50\cdot 10^{-12}\ \text{Ф}\)
\(L=2\ \text{мкГн}=2\cdot 10^{-6}\ \text{Гн}\)
\(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\pi}=3\)
\(c=3\cdot 10^8\ \text{м/с}\)

Знайти:
\(\style{font-style:normal;font-weight:bold;font-size:1.1em}{\lambda}\ -\ ?\)

Відповідь: B.

ТЕМА: Механічні коливання і хвилі. Поперечні і поздовжні хвилі.

Завдання скеровано на перевірку вміння розпізнавати напрямки векторів швидкості і прискорення під час поширення поперечних хвиль.

Хвиля поширюється вправо. Якщо дорисувати нову хвилю так, як вона виглядатиме через малий проміжок часу, то стане очевидним, що тільки точка Б рухається вгору й розганяється.

Тому вектори швидкості і прискорення направлені вгору.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Електродинаміка. Електричний струм у різних середовищах. Власна й домішкова електропроводність напівпровідників.

Завдання скеровано на перевірку розуміння поняття «домішкова провідність напівпровідників».

У напівпровідниках n-типу основними носіями заряду є негативно заряджені електрони.

Відповідь: А.