Экзамен по физике 2023 г. Задание 2 Полный анализ и как решить Задание 2 за экзамен по физике? Анализ с примерами решений

Из последних КИМов ЕГЭ по физике следует, что задание 2 относится к разделу «Динамика» и может содержать расчетные задачи по следующим темам: «Законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, сила трения».

Как решать 9 задание ЕГЭ по Физике? Полный разбор всех прототиповПодробнее

7 ЗАДАНИЕ ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ! Полный разбор всех прототиповПодробнее

6 ЗАДАНИЕ ИЗ ЕГЭ ПО ПРОФИЛЮ! Полный разбор с нуля всех прототипов из ЕГЭ! Часть 1Подробнее

1 ЗАДАНИЕ ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ! Полный разбор всех прототиповПодробнее

ЕГЭ по физике 2023. Полный разбор чётных вариантов задания 13 из сборника Демидовой. ФИПИ 2023Подробнее

10 задание. Все графики ЕГЭ по математике 2023Подробнее

7 ЗАДАНИЕ ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ! Полный разбор всех прототипов.Подробнее

Давайте все вместе сделаем разбор демоверсии ЕГЭ по физике 2023! Узнаем:

Что изменилось в ЕГЭ-2023 по физике

В 2023 году КИМы без особых изменений:

Полезные материалы для подготовки к ЕГЭ-2023 по физике

Ваша цель — подготовиться к ЕГЭ по физике на 80+? Записывайтесь на «Основу» — главный курс года, который длится девять месяцев. Успеем досконально пройти все темы и закрепить их на практике, а также разобрать изменения и натренироваться в новых заданиях.

Курс «Основа» — это:

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Мы обязательно поправим!

Общая информация об экзамене

ЕГЭ по физике состоит из 31 задания в двух частях.

Первая часть содержит 23 задания с кратким ответом:

Вторая часть состоит из восьми заданий — решение задач. Для трех задач необходимо привести краткий ответ (задания с 24 по 26) и для пяти оставшихся заданий ответ должен быть развернутый (с решением).

В ЕГЭ по физике нас будут ждать следующие темы:

Общее количество заданий в экзаменационной работе по каждому из разделов приблизительно пропорционально его содержательному наполнению и учебному времени, отводимому на изучение данного раздела в школьном курсе физики.

Время

На выполнение работы отводится 235 минут. Рекомендуемое время на выполнение заданий различных частей работы составляет:

Во втором задании ЕГЭ по физике необходимо решить задачу на законы ньютона или связанную с действием сил. Ниже мы приводим теорию с формулами, которые необходимы для успешного решения задач по этой тематике.

Две звезды одинаковой массы m притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Чему равен модуль сил притяжения между другими двумя звёздами, если расстояние между их центрами такое же, как и в первом случае, а массы звёзд равны 3m и 4m?

1.Записать закон всемирного тяготения.

2.Применить закон всемирного тяготения для первой и второй пары звезд.

3.Из каждого выражения выразить расстояние между звездами.

4.Приравнять правые части уравнений и вычислить силу притяжения между второй парой звезд.

Закон всемирного тяготения выглядит так:

Примерим этот закон для первой и второй пары звезд:

Выразим квадраты радиусов, так как они в обоих случаях одинаковые:

Приравняем правые части выражений и выразим силу притяжения во втором случае:

Человек массой 80 кг с сумкой весом 100 Н стоит неподвижно на полу. Сила давления подошв его ботинок на пол равномерно распределена по площади 600 см2. Какое давление человек оказывает на пол?

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения величин в СИ.

2.Выполнить решение в общем виде.

3.Вычислить искомую величину, подставив исходные данные.

Запишем исходные данные:

• Масса человека: m = 80 кг.

• Вес сумки, которую держит человек: Pc = 100 Н.

• Площадь соприкосновения подошвы ботинок с полом: S = 600 кв. см.

600 кв. см = 600/10000 кв. м = 0,06 кв. м

Давление — это отношение силы к площади, на которую она действует. В данном случае на площадь действует сила, равная сумме силы тяжести человека и веса сумки:

F = mg + Pc

Поэтому давление, оказываемое человеком с сумкой на пол, равно:

Кирпич массой 4 кг лежит на горизонтальной кладке стены, покрытой раствором, оказывая на неё давление 1250 Па. Какова площадь грани, на которой лежит кирпич? Ответ запишите в квадратных сантиметрах.

1.Записать исходные данные.

• Масса кирпича: m = 4 кг.

• Давление, оказываемое кирпичом на раствор: P = 1250 Па.

Площадь можно выразить из формулы давления твердого тела. Она будет равна:

В данном случае под силой будет подразумеваться сила тяжести кирпича. Поэтому:

Подъёмный кран поднимает груз с постоянным ускорением. На груз со стороны каната действует сила, равная по величине 8⋅103 H. На канат со стороны груза действует сила, которая:

а) 8∙103 Н

б) меньше 8∙103 Н

в) больше 8∙103 Н

г) равна силе тяжести, действующей на груз

1.Сформулировать третий закон Ньютона.

2.Применить закон Ньютона к канату и грузу.

3.На основании закона сделать вывод и определить силу, которая действует на канат со стороны груза.

Третий закон Ньютона формулируется так:

«Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны».

Математически он записывается так:

Если на груз со стороны каната действует некоторая сила, то и груз действует на канат с этой силой, которая называется весом этого груза, или силой натяжения нити. Следовательно, груз действует на канат с силой 8∙103 Н.

Мальчик медленно поднимает гирю, действуя на неё с силой 100 Н. Гиря действует на руку мальчика с силой:

а) больше 100 Н, направленной вниз

б) меньше 100 Н, направленной вверх

в) 100 Н, направленной вниз

г) 100 Н, направленной вверх

2.Сделать чертеж, иллюстрирующий ситуацию.

3.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.

4.Записать второй закон Ньютона в виде проекций.

5.Вычислить силу, с которой гиря действует на руку мальчика.

Запишем исходные данные: мальчик поднимает гирю вверх с силой F = 100 Н.

Сделаем рисунок. В данном случае рука мальчика выступает в роли подвеса. Так как мальчик поднимает гирю медленно, можно считать, что он поднимает ее равномерно (равнодействующая всех сил равна нулю). Выберем систему координат, направление оси которой совпадает с направлением движения руки и гири.

На руку (подвес) действуют только две силы. Поэтому второй закон Ньютона выглядит следующим образом:

P + T = 0

Запишем этот же закон в проекции на ось ОУ:

–P + T = 0

Следовательно, на руку мальчика действует вес гири, который по модулю равен силе, с которой мальчик действует на эту гирю.

Внимание! Существует второй способ решения задачи через третий закон Ньютона. Согласно ему, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, но противоположными по направлению.

Груз массой 4 кг подвешен к укреплённому в лифте динамометру. Лифт начинает спускаться с верхнего этажа с постоянным ускорением. Показания динамометра при этом равны 36 Н. Чему равно и куда направлено ускорение лифта?

а) 1 м/с2, вниз

б) 1 м/с2, вверх

в) 9 м/с2, вниз

г) 9 м/с2, вверх

2.Сделать чертеж с указанием известных сил, действующих на груз, их направлений и выбором системы координат.

3.Определить, какая сила действует на тело.

4.Записать второй закон Ньютона в векторной форме.

5.Записать второй закон Ньютона в виде проекций на оси.

6.Выразить из формулы проекцию ускорения лифта и рассчитать ее.

7.По знаку проекции ускорения лифта определить, в какую сторону оно направлено.

• Масса груза равна: m = 4 кг.

• Показания динамометра во время спуска: F = 36 Н.

Направление силы, действующей на тело, обратно силе, которую оказывает тело на подвес в виде динамометра. Поэтому сила F равна по модулю весу тела во время спуска, но направлена противоположно ему (вверх). Направление ускорения лифта пока остается неизвестным.

Второй закон Ньютона в векторной форме:

F + mg = ma

Второй закон Ньютона в виде проекции сил на ось ОУ:

F – mg = ma

Выразим отсюда ускорение лифта и вычислим его, подставив известные данные:

Перед проекцией ускорения стоит знак «–». Это значит, что оно направлено противопроложно оси ОУ (т.е. вниз).

Система отсчёта, связанная с Землёй, считается инерциальной. В этом случае систему отсчёта, связанную с самолётом, можно считать инерциальной, если самолёт движется:

а) равномерно и прямолинейно, набирая высоту

б) с постоянным ускорением по горизонтали

в) равномерно, выполняя поворот

г) по взлетной полосе при взлете

Первый закон Ньютона формулируется так:

«Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тела движутся равномерно и прямолинейно или находятся в состоянии покоя, если на них не действуют другие тела или их действие компенсировано».

Чтобы система отсчета, связанная с самолетом, была инерциальной, она должна быть неподвижной или двигаться относительно Земли — инерциальной системы отсчета — равномерно и прямолинейно.

Когда самолет движется равномерно и прямолинейно, набирая высоту, самолет движется с собственным ускорением, которое компенсируется ускорением свободного падения. И это единственный верный ответ, так как:

Тело массой m скользит по шероховатой наклонной опоре с углом α к горизонту (см. рисунок). На него действуют 3 силы: сила тяжести mg, сила упругости опоры N и сила трения Fтр. Если скорость тела не меняется, то модуль равнодействующей сил Fтр и mg равен:

а) N cosα

в) N sinα

г) mg + Fтр

Записываем второй закон Ньютона в векторном виде с учетом того, сто скорость тела не меняется (ускорение равно 0):

N + mg + Fтр = 0

Отсюда равнодействующая силы трения и силы тяжести равна:

mg + Fтр = –N

Следовательно, равнодействующая силы трения и силы тяжести направлена противоположно силе реакции опоры, но равна ей по модулю. Отсюда:

Кубик массой 1 кг покоится на гладком горизонтальном столе, сжатый с боков пружинами (см. рисунок). Первая пружина сжата на 4 см, а вторая сжата на 3 см. Жёсткость второй пружины k2 = 600 Н/м. Чему равна жёсткость первой пружины k1?

Запишем закон Гука:

Fупр = kx

Применим этот закон к обеим пружинам:

Fупр1 = k1x1

Fупр2 = k2x2

Силы упругости обеих пружин уравновешены, так как тело между ними покоится. Согласно третьему закону Ньютона:

Fупр1 = Fупр2

k1x1 = k2x2

Выразим отсюда жесткость первой пружины:

Подставим известные данные и вычислим:

Внимание! В данном случае переводить единицы измерения в СИ не нужно. Отношение длин постоянно независимо от выбранной единицы измерения.

На тело действуют две силы: F1 и F2. По силе F1 и равнодействующей двух сил F = F1 + F2 найдите модуль второй силы (см. рисунок).

Построим вектор второй силы. Его начало должно совпадать с концом вектора первой силы, а его конец — с концов равнодействующей этих сил. Этот вывод следует из сложения векторов правилом треугольника.

Модуль вектора равен корню из суммы квадратов его проекций на оси ОХ и ОУ:

Выберем систему координат и построим проекции второй силы на оси ОХ и ОУ:

Согласно рисунку, проекция второй силы на ось ОХ равна: x = 4 (Н). Ее проекция на ось ОУ равна: y = 3 (Н).

Подставим известные данные в формулу и вычислим модуль вектора второй силы:

Записываем исходные данные:

Закон Гука выглядит следующим образом:

F = k Δl

Применим закон Гука для обеих пружин:

F1 = k1 Δl1

F2 = k2 Δl2

Так как первая и вторая силы равны, можем приравнять правые части выражений. Получим:

k1 Δl1 = k2 Δl2

Перепишем выражение с учетом значения удлинений первой и второй пружин:

k1 2l = k2 l

«l» в левой и правой частях выражения взаимоуничтожаются, отсюда жесткость второй пружины равна:

k2 = 2k1

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона называют также законом ускорения. Он позволяет связать силу, ускорение и массу тела. Закон также представляет собой важнейшую формулу для 2 задания ЕГЭ по физике: a = F / m. Получается, что ускорение растет с увеличением приложенной к телу силы. Увеличение массы, наоборот, уменьшает ускорение.

Актуальное

Пружина жёсткостью 2*104
Н/м одним концом закреплена в штативе. На какую величину она растянется под действием силы 400 Н?

Ответ: ___________________________ см.

Пружина под действием силы F
привели в растянутое состояние. Кроме растягивающей силы F
и силы упругости

Запишем проекции сил на вертикальную ось Oy

По закону Гука, сила упругости Fупр = k
*Δx, следовательно,

k
— коэффициент жёсткости пружины, Δx
– её удлинение.

Выразим величину растяжения пружины

Пример решения 2 задания по физике (ЕГЭ – 2020. Вариант 1 досрочного ЕГЭ)

Тело движется по горизонтальной плоскости. Нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость равна 40 Н, сила трения равна 10 Н. Определите коэффициент трения скольжения.

Ответ: _______ .

Силу трения можно найти по формуле

где N – сила реакции опоры, или по-другому нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость.

Пример решения 2 задания по физике (ЕГЭ – 2020. Демонстрационный вариант)

Два одинаковых маленьких шарика массой m каждый, расстояние между центрами которых равно r, притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю 0,2 пН. Каков модуль сил гравитационного притяжения двух других шариков, если масса каждого из них равна 2m, а расстояние между их центрами равно 2r?

Ответ: _______ пН.

По закону Всемирного тяготения шары массами m1и m2, находящиеся друг от друга на расстоянии r,
притягиваются друг к другу с силой

Пример решения 2 задания по физике (ЕГЭ – 2019. Демонстрационный вариант)

По горизонтальному полу по прямой равномерно тянут ящик, приложив к нему горизонтальную силу 35 Н. Коэффициент трения скольжения между полом и ящиком равен 0,25. Чему равна масса ящика?

Ответ _______ кг.

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

По второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, действующих на тело, будет равна нулю, так как по условию задачи тело движется равномерно, то есть ускорение тела a=0.

Запишем это в проекциях на оси Ox и Oy

Ox: Fтр
– F = 0,

Oy: N — m g=0.

Откуда N = mg, следовательно,

Fтр = µ N = µ mg.

Пример решения 2 задания по физике (ЕГЭ – 2018)

К пружине подвесили груз массой 150 г, вследствие чего пружина удлинилась на 1 см. Чему будет равно удлинение этой пружины, если к ней подвесить груз 450 г?

Ответ: __________ см.

Переведём единицы измерения физических величин в систему СИ

m1 = 150 г = 0,15 кг, m2 = 450 г = 0,45 кг, Δx=1 см = 0,01 м.

На тело действует сила тяжести (Fт
= mg), направленная вертикально вниз, и сила упругости со стороны пружины (Fупр
= k Δx), направленная вертикально вверх.

В проекции на вертикальную ось Oy.

mg = kΔx (1)

Найдём, чему равен коэффициент жёсткости пружины

Выразим из выражения (1) удлинение пружины во втором случае

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОВАРЫ

Еще одна часть теории для 2 задания ЕГЭ по физике — сила трения. Трение возникает при соприкосновении тел, оно препятствует их движению. При этом возникает сила трения. Она имеет электромагнитную природу и бывает трех типов:

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона существует только в инерциальных системах отсчета. Это такие системы, в которых материальная точка без воздействия внешних сил не двигается, либо двигается равномерно и прямолинейно. На самом деле, настоящие инерциальные системы невозможны. Для существования системы нужна связь с каким-то объектом, например, полом. Но любые объекты во Вселенной движутся с определенным ускорением, поэтому деление систем на инерциальные и неинерциальные носит условный характер. Эта информация не нужна для 2 задания по физике, но ее нужно понимать.

Сам первый закон Ньютона (закон инерции) звучит так: «До тех пор, пока к телу не приложится сила извне, оно находится в покое или движется равномерно и прямолинейно». Это один из трех основных законов механики. Он не определяется формулами, поэтому не используется в задачах 2 задания физики. Но, он дает понимание того, что в механике изучаются только инерциальные системы отсчета.

Упругость

Упругость — свойство, которое позволяет телам деформироваться (менять форму и размер), а потом возвращаться в первоначальное состояние. Деформации при этом могут быть любыми, упругость есть и у твердых тел, и у жидкостей, и у газов. Деформированное тело стремится вернуть свою привычную форму и размер, при этом возникает сила упругости. Она часто встречается во 2 задании.

Принцип относительности Галилея

Галилей занимался изучением разных инерциальных систем. В частности, он создал так называемые преобразования Галилея, которые показывают, как меняются координаты при переходе из одной системы отсчета в другую. При этом основные уравнения, объясняющие законы механики, не изменяются. Принцип относительности выглядит так: «Законы механики одинаковы для всех инерциальных систем отсчета». Сами преобразования довольно сложны, они не нужны для решения 2 задания из ЕГЭ по физике, поэтому здесь мы их приводить не будем. Галилей доказал, что невозможно изучать движение одной системы координат относительно другой. Мы не можем понять, как двигается поезд, находясь внутри него. Для нас он неподвижен, а для людей, стоящих на перроне, быстро проезжает мимо. Нужно понимать и то, что тождественно не само движение, а лишь его законы. Если мы встанем у окна движущегося поезда и подкинем камень, относительно поезда его траектория будет вертикальной. Люди, заглянувшие к нам в окно, увидят параболу.

Принцип суперпозиции

В реальном мире тела подвержены воздействию нескольких сил одновременно. В таком случае гораздо удобнее пользоваться суммарной силой. Она равна векторной сумме всех сил, действующих на предмет или частицу. В этом и заключается принцип суперпозиции тел. Не забывайте, что при расчете нужно пользоваться правилами векторного сложения. Запомните это правило, оно пригодится при решении 2 задания по физике.

Сила

Следующая часть теории ко 2 заданию по физике связана с понятием силы. Это величина, которая показывает, как тела влияют друг на друга. Силы в механике обусловлены только теми взаимодействиями, у которых есть неограниченный радиус действия. Сильные и слабые существуют при таких малых масштабах, что законы Ньютона к ним неприменимы. В рамках механики считается, что возникновение силы приводит к изменению скорости. Она может действовать напрямую или посредством образования полей. Кроме того, она придает объекту ускорение. Величина обозначается как F и измеряется в Ньютонах (Н). При решении задач нужно указывать точку приложения.

Взаимодействие

Тела и частицы постоянно сталкиваются и действуют друг на друга. Это приводит к изменению траектории движения. Это явление физики называют взаимодействием. Оно осуществляется через поля (электромагнитное, гравитационное), действующие на все объекты во Вселенной. Существуют фундаментальные взаимодействия. Они являются основой всех процессов, их нельзя свести к еще более простым явлениям. Некоторые ученые предполагают, что фундаментальные взаимодействия — лишь частный случай одного объединенного. Для решения 2 задания по физике нужно знать, что из себя представляют эти взаимодействия:

Примеры задач

А теперь проведем разбор 2 задания ЕГЭ по физике.

Задание 1. Брусок массой 5 кг перемещается по горизонтальной поверхности. На него действует сила трения скольжения, равная 10 Н. Рассчитайте силу трения скольжения при уменьшении массы бруска в 2 раза, если учитывать, что коэффициент трения не изменился.

Решение. Сила трения скольжения определяется формулой F = μN. Брусок находится на горизонтальной поверхности, поэтому силу реакции опоры можно определить через второй закон Ньютона: N = mg. Таким образом, F = mgμ. Первые две величины не меняются, значит, на силу будет влиять только уменьшение массы. Необходимо 10 Н разделить на 2.

Ответ: 5 Н.

Задание 2. Мальчик взял камень массой 200 г и бросил его вверх под углом 60° к горизонту. Рассчитайте, чему равна сила тяжести в момент броска. Ускорение свободного падения равно 10 м/с2.

Решение. Сила тяжести постоянна. Она не зависит от угла наклона и скорости. Сила тяжести в момент броска равна силе в любой другой момент времени и определяется формулой F = mg. Следовательно, F = 0,2 кг • 10 м/с2 = 2 Н.

Ответ: 2 Н.

Мы провели разбор 2 задания по физике, причем как по теории, так и по практике. Этот материал представляет собой лишь основы предмета, но он обязательно поможет подготовиться к ЕГЭ. А если вы хотите знать больше, записывайтесь на курсы. Лучше всего выбрать комплексный вариант, например, русский + математика + физика. Так у вас будет больше шансов получить хорошие баллы. А мы желаем вам удачи на экзамене.

Закон Гука

Закон Гука тоже связан с упругостью. Для решения задач нужно знать его математическое отражение, оно является еще одной формулой для 2 задания ЕГЭ по физике: Fупр = -kx. x означает удлинение тела (в случае с пружиной), а минус показывает, что удлинение направлено против силы упругости. k — это коэффициент пропорциональности или жесткость. Она своя для каждого тела. Чем выше ее значение, тем сложнее деформировать объект. Еще один важный момент: закон Гука можно использовать, только если деформации незначительные. Если они большие, зависимость перестает быть линейной, а при дальнейшем воздействии тело разрушается.

Алгоритм решения

При решении задач из раздела «Динамика» желательно придерживаться следующего алгоритма решения:

1. Сделать рисунок, на котором указать вектора всех сил, действующих на тело.

2. Если тело двигается с ускорением, указать направление этого ускорения. Если тело покоится или двигается равномерно, его ускорение a=0.

3. Составить уравнение движения (второй закон Ньютона) для рассматриваемого тела в его векторном виде.

3. Выбрать систему координат и спроецировать полученное уравнение на выбранные оси координат.

4. Расшифровать неизвестные величины, вошедшие в уравнение движения.

5. Решить полученную систему уравнений.

Задание 2
– это расчётные задачи базового уровня сложности, и для решения некоторых из них этот алгоритм будет чересчур подробным и перегруженным, так как их можно решить и без вспомогательного рисунка или даже без записи второго закона Ньютона. Это касается, например, заданий, в которых на тело действует только одна сила. Но привычка решать задания по приведенному выше алгоритму поможет ученикам успешно справиться с расчетными задачами по разделу «Динамика» повышенного и высокого уровней сложности – такие задания могут стоять в ЕГЭ под номерами 25 и 29.

Ответом на задание 2 является число, именно его нужно вписать в бланк ответов 1, не указывая единицы измерения.

Третий закон Ньютона

Объектом исследования первых двух законов Ньютона является одно тело, на которое действует бесконечное количество других. В третьем анализируется система, состоящая из двух тел, действующих друг на друга. Ньютон доказал, что сила этих взаимодействий равна, потому что иначе система потеряла бы устойчивость. Закон сформулирован так: «У каждой силы есть противодействующая, они равны и противоположны по направлению». Но нужно понимать, что силы при этом не могут уравновесить друг друга, так как относятся к разным телам. В математическом виде это записывается так: F1 = -F2. Для решения 2 задания по физике может пригодиться и другая форма записи: a1 / a2 = m1 / m2.

Сопротивление твердого тела, движущегося в жидкости и газе

Разбираем последнюю тему для 2 задания по физике. Когда тело перемещается внутри жидкости или газа, оно сталкивается с сопротивлением среды. Оно похоже на силу трения, но появляется только когда объект начинает движение. Аналога силы трения покоя нет, поэтому перемещать предметы в воде проще, чем на суше. При малых скоростях Fc = k1v, а при больших Fc = k2v2. k1 и k2 — коэффициенты, отличные друг от друга. k1 — коэффициент, зависящий от размеров, формы, состояния поверхности тела и вязкости среды; k2 — коэффициент сопротивления.