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

При равномерном движении модуль скорости не изменяется со временем, поэтому график зависимости $v(t)$ — горизонтальная прямая.$$v = \mathrm{const}$$

Согласно закону Кулона, модуль силы взаимодействия точечных зарядов обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Этому соответствует убывающий график 5.$$F = k\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}$$

Металлический стержень и оба электрометра образуют один проводник, в котором свободные электроны могут перемещаться.

При приближении отрицательно заряженной палочки к первому электрометру её электрическое поле отталкивает свободные электроны от палочки. Поэтому электроны перемещаются по стержню от первого электрометра ко второму.

На покоящуюся капельку действуют сила тяжести и электрическая сила. Так как капелька находится в равновесии, модули этих сил равны.$$qE = mg$$

Масса капельки равна произведению плотности ртути на её объём.$$m = \rho V = 1{,}36 \times 10^4 \cdot 2 \times 10^{-18} = 2{,}72 \times 10^{-14}\ \text{кг}$$

Между пластинами существует электрическое поле, направленное от положительно заряженной пластины к отрицательно заряженной. На металлическом шарике при соприкосновении с пластиной происходит перераспределение зарядов и передача заряда.

Предположим, что шарик первоначально лежит на нижней отрицательно заряженной пластине. После контакта шарик получает отрицательный заряд. Одноимённо заряженная нижняя пластина отталкивает шарик, а верхняя положительно заряженная пластина…

При движении против направления оси $Ox$ ускорение направлено в отрицательную сторону. При $v_0=0$ координата изменяется по закону:$$x=x_0-\frac{at^2}{2}$$

Это убывающая парабола, которая при изображённых начальных условиях соответствует графику 2. Поэтому А — 2.

Зелёный свет имеет большую частоту, чем жёлтый: $\nu_\text{з} > \nu_\text{ж}$.

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

По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта энергия фотона равна сумме работы выхода и максимальной кинетической энергии фотоэлектрона.$$E_\gamma = A_\text{вых} + E_{k\,\max}$$

Энергия фотона равна$$E_\gamma = \frac{hc}{\lambda} = \frac{1240\ \text{эВ}\cdot\text{нм}}{200\ \text{нм}} = 6{,}20\ \text{эВ}$$

Молекулы движутся по дуге окружности радиуса $R$. Центростремительную силу создаёт сила электрического поля конденсатора.$$qE = \frac{mv^2}{R}$$

Для однократно ионизированной молекулы заряд по модулю равен $q_1=e$. Поэтому при первоначальном напряжении $U_1=U$ выполняется:$$eE_1 = \frac{mv^2}{R}$$

Период математического маятника зависит от длины нити по формуле:$$T = 2\pi\sqrt{\dfrac{l}{g}}$$

Зависимость $T(l)$ имеет вид корня: она возрастает от начала координат и постепенно становится менее крутой. Это график 1.

При движении тела, брошенного вертикально вверх, модуль скорости уменьшается с постоянным ускорением $g$ и достигает нуля в верхней точке.$$v = v_0 - gt$$

Зависимость модуля скорости от времени является линейно убывающей, поэтому ей соответствует график 2.

Реостат подключён непосредственно к идеальной батарейке, поэтому напряжение между его крайними выводами остаётся постоянным и равно ЭДС батарейки.$$U_{\text{реостата}} = E$$

Полное сопротивление реостата равно $R$, поэтому ток в его цепи постоянен.$$I = \dfrac{E}{R}$$

Над равномерно заряженной отрицательной пластиной электрическое поле направлено к пластине, то есть вертикально вниз.

Незаряженный шарик совершает малые колебания под действием силы тяжести. Для математического маятника его циклическая частота равна$$\omega_0=\sqrt{\frac{g}{\ell}}$$

На принципиальной схеме источник тока, амперметр, резисторы $3\ \Omega$ и $2\ \Omega$ соединены в одной последовательной цепи. Ключ подключён параллельно резистору $3\ \Omega$, а идеальный вольтметр — параллельно источнику тока.

До замыкания ключа оба резистора включены последовательно, поэтому сопротивление внешней цепи равно:$$R_1=3\ \Omega+2\ \Omega=5\ \Omega$$

Максимальному радиусу окружности соответствует максимальная скорость фотоэлектронов. Сила Лоренца играет роль центростремительной силы:$$evB=\frac{mv^2}{r}$$

Выразим скорость электрона и его максимальную кинетическую энергию:$$v=\frac{eBr}{m},\qquad E_{\text{к,max}}=\frac{mv^2}{2}=\frac{e^2B^2r^2}{2m}$$

Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта для первоначальной частоты $\nu_1$ и задерживающего напряжения $U_1$.$$eU_1 = h\nu_1 - A$$

После увеличения частоты в 2 раза частота станет $\nu_2 = 2\nu_1$, а задерживающее напряжение — $U_2 = 3U_1$.$$eU_2 = h\nu_2 - A$$

Над равномерно положительно заряженной пластиной электрическое поле направлено вертикально вверх, от пластины.

После сообщения шарику отрицательного заряда на него действует электрическая сила, направленная противоположно полю, то есть вертикально вниз, к пластине:$$F_{\text{эл}} = |q|E$$

При трении эбонитовой палочки о сукно электроны переходят на эбонит. Палочка заряжается отрицательно. При соприкосновении с цинковым шаром электроны переходят на шар, поэтому шар и электрометр получают отрицательный заряд.

Само электрическое освещение лампами накаливания не разряжает электрометр, поскольку фотоэффект на цинке возможен только для излучения с длиной волны не более красной границы:$$\lambda \leqslant \lambda_{\text{кр}} = 290\ \text{нм}$$

Гидростатическое давление столба жидкости определяется формулой $p = \rho gh$. При постоянной плотности жидкости и постоянном ускорении свободного падения давление прямо пропорционально высоте столба.$$p \sim h$$

При данной температуре плотность насыщенного водяного пара постоянна. Поэтому относительная влажность прямо пропорциональна плотности водяного пара.$$\varphi = \dfrac{\rho}{\rho_{\text{нас}}} \sim \rho$$

На проводник действуют сила тяжести $mg$ вниз и реакция опоры $N$ вверх. Так как вертикального движения нет, $N = mg$.$$N = mg$$

Сила Ампера направлена горизонтально. По правилу левой руки или по векторному произведению $\vec F_A = I\vec l \times \vec B$ при направлении тока вглубь рисунка и вертикальном направлении магнитного поля сила Ампера направлена вправо.

По уравнению состояния одного моля идеального газа $pV=RT$. В точках цикла имеем: $1:(T_0,V_0)$, $2:(3T_0,V_0)$, $3:(6T_0,2V_0)$, $4:(2T_0,2V_0)$.

Введём $p_0=\dfrac{RT_0}{V_0}$. Тогда давления в точках равны:$$p_1=\frac{RT_0}{V_0}=p_0,\quad p_2=\frac{3RT_0}{V_0}=3p_0,\quad p_3=\frac{6RT_0}{2V_0}=3p_0,\quad p_4=\frac{2RT_0}{2V_0}=p_0$$