Задание 21 ЕГЭ по физике: решения ФИПИ с ответами по шагам

Фиолетовый свет имеет большую частоту, чем зелёный: $\nu_\text{фиол} > \nu_\text{зел}$.

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется выражением$$E_{k\,\max}=h\nu-A_\text{вых}$$

Между большими параллельными пластинами поле однородно. Его напряжённость равна:$$E = \frac{U}{d}$$

Верхняя пластина положительна, нижняя — отрицательна, поэтому напряжённость поля направлена вниз. Поскольку заряд капли отрицательный, электрическая сила направлена вверх, то есть противоположно силе тяжести.$$F_\text{эл} = |q|E$$

Амплитуда напряжения источника постоянна, поэтому амплитуда тока определяется полным сопротивлением контура: чем меньше полное сопротивление, тем больше амплитуда тока.$$I_m = \dfrac{U_m}{Z}$$

Для последовательного контура полное сопротивление равно корню из суммы квадратов активного и реактивного сопротивлений.$$Z = \sqrt{R^2 + X^2} = \sqrt{R^2 + \left(\omega L - \dfrac{1}{\omega C}\right)^2}$$

Внутренняя энергия одного моля одноатомного идеального газа зависит только от температуры.$$U=\frac{3}{2}RT$$

Из уравнения состояния идеального газа для одного моля $pV=RT$. Исключая температуру, получаем связь между координатами исходного и искомого графиков.$$V=\frac{RT}{p}=\frac{2U}{3p}$$

На фотографии стрелки остаются направленными в ту же сторону, то есть изображение является прямым. При этом изображение увеличено примерно в 2 раза: высота исходной стрелки составляет одну клетку, а изображения — две клетки.$$\Gamma = \dfrac{h'}{h} = 2$$

Прямое увеличенное изображение является мнимым. Такое изображение может давать собирающая линза, если предмет расположен между линзой и её фокусом. Рассеивающая линза даёт только прямое, но уменьшенное изображение.$$\Gamma = -\dfrac{b}{a}$$

До пробоя конденсаторы $C_1$ и $C_3$ соединены параллельно, поэтому их эквивалентная ёмкость равна:$$C_{左} = C_1 + C_3 = 2C + 4C = 6C$$

Конденсаторы $C_2$ и $C_4$ также соединены параллельно:$$C_{прав} = C_2 + C_4 = C + 2C = 3C$$

Максимальная длина волны соответствует минимальной энергии фотона в данной серии. Для серии Бальмера это переход с уровня $n = 3$ на уровень $n = 2$.$$E_{\text{Б}} = E_3 - E_2 = 13{,}6\left(\frac{1}{2^2} - \frac{1}{3^2}\right)\ \text{эВ}$$

Для серии Лаймана минимальная энергия фотона соответствует переходу с уровня $n = 2$ на уровень $n = 1$.$$E_{\text{Л}} = E_2 - E_1 = 13{,}6\left(\frac{1}{1^2} - \frac{1}{2^2}\right)\ \text{эВ}$$

Система конденсаторов изолирована, поэтому после подключения суммарный заряд сохраняется и равен начальному заряду первого конденсатора.$$q_{\text{общ}} = q = 12\ \text{нКл}$$

После параллельного соединения напряжение на обоих конденсаторах одинаково. Их общая электроёмкость равна сумме ёмкостей.$$C_{\text{общ}} = C + 2C = 3C$$

Для полностью погружённого тела объём вытесненной жидкости постоянен. Поэтому сила Архимеда прямо пропорциональна плотности жидкости:$$F_\text{A}=\rho gV$$

Количество теплоты, необходимое для плавления вещества при температуре плавления, прямо пропорционально его массе:$$Q=\lambda m$$

В пространстве вне магнита линии магнитного поля направлены от северного полюса $N$ к южному полюсу $S$. Следовательно, в области рамки магнитное поле направлено от магнита в сторону южного полюса.$$\vec{B}: N\to S$$

По указанной полярности источника определяют направление тока в сторонах рамки. На проводники с током действует сила Ампера $\vec{F}=I\vec{l}\times\vec{B}$. Силы на противоположных сторонах рамки направлены противоположно и образуют пару…$$\vec{F}=I\vec{l}\times\vec{B}$$

Центростремительное ускорение при постоянном радиусе вращения определяется формулой:$$a_{ц} = \dfrac{v^2}{R}$$

Следовательно, ускорение пропорционально квадрату скорости. График квадратичной зависимости, проходящий через начало координат, — график 4.

В начальном состоянии ключ $K_1$ замкнут, а ключ $K_2$ разомкнут. Нижняя ветвь замкнута, однако диод $D_1$ включён в обратном направлении, поэтому ток через него не проходит. Верхняя ветвь разомкнута ключом $K_2$.$$I_\text{нач}=0$$

Следовательно, тока во всей внешней цепи нет, поэтому амперметр показывает нулевую силу тока. Падения напряжения на внутреннем сопротивлении элемента нет, поэтому идеальный вольтметр, подключённый к его зажимам, показывает ЭДС элемента.$$I_\text{нач}=0,\quad U_\text{нач}=\varepsilon$$

На груз действуют сила тяжести $mg$, сила натяжения нити $T$, направленная вверх, и сила реакции стола $N$, направленная вверх.$$mg = 0{,}4 \cdot 10 = 4\ \text{Н}$$

Так как нить лёгкая, а блок идеальный, натяжение нити одинаково на обоих участках и равно приложенной силе.$$T = F$$

Согласно закону взаимодействия параллельных токов, проводники с токами, текущими в одном направлении, притягиваются. Поэтому проводник 2 действует на проводник 1 силой, направленной от 1 к 2, а проводник 3 — силой, направленной от 1 к 3.$$F = \frac{\mu_0 I^2 l}{2\pi a}$$

Расстояния от проводника 1 до проводников 2 и 3 одинаковы, а токи имеют одинаковую силу, поэтому модули этих сил равны.

Для пирамидки № 1 в состоянии покоя на кольцо действует сила тяжести $mg$, направленная вниз. Пружины уравновешивают эту силу, поэтому они растянуты относительно естественной длины.

Во время свободного падения кольцо и основание пирамидки № 1 получают одинаковое ускорение $g$. В системе отсчёта, связанной с пирамидкой, сила тяжести компенсируется силой инерции, поэтому натяжение пружин становится равным нулю. Пружины…

Токи в проводниках 1 и 3 направлены одинаково, поэтому эти проводники притягиваются. Сила, действующая на проводник 1 со стороны проводника 3, направлена от проводника 1 к проводнику 3 — вниз и влево.

Токи в проводниках 1 и 2 направлены противоположно, поэтому проводники отталкиваются. Сила, действующая на проводник 1 со стороны проводника 2, направлена от проводника 2 от проводника 1 — вверх и влево.

Период математического маятника зависит от длины нити по закону квадратного корня:$$T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$$

График функции $T(l) \sim \sqrt{l}$ возрастает, проходит через начало координат и имеет выпуклость вниз. Это график 5.

Сосуд имеет жёсткие стенки, поэтому его объём постоянен. Работа газа при нагревании равна нулю, и по первому закону термодинамики всё переданное тепло идёт на увеличение внутренней энергии:$$Q = \Delta U$$

Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия выражается формулой $U = \dfrac{3}{2}\nu RT$. При постоянном объёме из уравнения Менделеева–Клапейрона следует $\nu R\Delta T = V\Delta p$, поэтому:$$\Delta U = \dfrac{3}{2}V\Delta p$$

Для постоянного количества идеального газа применяем уравнение Менделеева–Клапейрона.$$pV = \nu RT$$

На участке 1–2 график является прямой, проходящей через начало координат, поэтому отношение $p/T$ постоянно. Следовательно, объём газа не изменяется.$$\frac{p}{T} = \mathrm{const} \Rightarrow V = \frac{\nu RT}{p} = \mathrm{const}$$

До замыкания ключа ток проходит через один резистор сопротивлением $R$. Поэтому установившийся ток равен$$I_0 = \frac{\mathcal{E}}{R} = 3\ \text{А}$$

При замыкании ключа к цепи подключается второй такой же резистор. Из-за индуктивности катушки сила тока не может измениться скачком: изменение тока вызывает ЭДС самоиндукции, направленную против изменения тока.$$\mathcal{E}_{\text{си}} = -L\frac{dI}{dt}$$