О задании 17
Формат задания
Задание 17 ЕГЭ по физике -- это задание на установление соответствия (НЕ множественный выбор!).
Вам дают описание физической ситуации, в которой изменяется какой-то параметр. Затем указываются две физические величины, и для каждой нужно определить, как она изменится:
- 1 -- увеличивается
- 2 -- уменьшается
- 3 -- не изменяется
Ответ записывается двумя цифрами, например: 21 (первая величина уменьшается, вторая увеличивается).
Оценивание
| Результат | Баллы |
|---|---|
| Обе цифры верны | 2 балла |
| Одна цифра верна | 1 балл |
| Обе цифры неверны | 0 баллов |
Темы задания
В задании 17 встречаются вопросы по следующим темам:
- Фотоэффект
- Геометрическая оптика (преломление, линзы)
- Волновая оптика (дифракция, дисперсия)
- Электромагнитные колебания (колебательный контур)
- Ядерные распады
- Шкала электромагнитных волн
Фотоэффект (анализ)
Основные формулы
\( E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} \) -- энергия фотона
\( h\nu = A_{\text{вых}} + E_{k\,\max} \) -- уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
\( eU_{\text{зап}} = E_{k\,\max} \) -- связь запирающего напряжения и макс. кинетической энергии
\( h\nu_{\text{кр}} = A_{\text{вых}} \) -- красная граница фотоэффекта
Шпаргалка для быстрого анализа
| Что меняется | Следствие |
|---|---|
| \(\nu\) увеличилась | \(E_{\text{фот}}\uparrow\), \(\lambda\downarrow\), \(E_{k\,\max}\uparrow\), \(U_{\text{зап}}\uparrow\) |
| Интенсивность \(\uparrow\) | Фототок \(\uparrow\), но \(E_{k\,\max}\) НЕ меняется! |
| Замена металла | \(A_{\text{вых}}\), \(\nu_{\text{кр}}\), \(\lambda_{\text{кр}}\) меняются (свойство МАТЕРИАЛА) |
Типичная ошибка
Работа выхода \(A_{\text{вых}}\) -- свойство материала, не зависит от характеристик падающего света!
Красная граница фотоэффекта \(\nu_{\text{кр}}\) и \(\lambda_{\text{кр}}\) -- тоже свойства материала.
Интерактивный анализатор фотоэффекта
Изменяйте частоту света, интенсивность и материал катода. Наблюдайте, как меняются параметры фотоэффекта.
Геометрическая оптика
Законы отражения и преломления
\(\alpha = \beta\) -- закон отражения (угол падения равен углу отражения)
\(n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta\) -- закон Снеллиуса
\(n = \frac{c}{v}\) -- показатель преломления
Ключевой факт: переход между средами
При переходе света из одной среды в другую:
- Частота \(\nu\) НЕ меняется!
- Скорость \(v\) меняется
- Длина волны \(\lambda\) меняется (так как \(\lambda = v / \nu\))
В среде с большим \(n\): скорость \(v\) меньше, длина волны \(\lambda\) меньше.
Тонкая линза
\(\frac{1}{F} = \frac{1}{d} + \frac{1}{f}\) -- формула тонкой линзы
\(D = \frac{1}{F}\) -- оптическая сила
\(\Gamma = \frac{f}{d} = \frac{H}{h}\) -- линейное увеличение
Где \(d\) -- расстояние от предмета до линзы, \(f\) -- расстояние от линзы до изображения, \(F\) -- фокусное расстояние.
Полное внутреннее отражение
\(\sin\alpha_{\text{пр}} = \frac{1}{n}\) -- предельный угол полного внутреннего отражения
Наблюдается при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную (\(n_1 > n_2\)).
Волновая оптика
Дифракционная решётка
\(d \sin\varphi = m\lambda\) -- условие главных максимумов
Где \(d\) -- период решётки, \(\varphi\) -- угол дифракции, \(m\) -- порядок максимума, \(\lambda\) -- длина волны.
Интерференция
Максимум: \(\Delta = m\lambda\)
Минимум: \(\Delta = (2m+1)\frac{\lambda}{2}\)
Где \(\Delta\) -- разность хода волн, \(m = 0, 1, 2, \ldots\)
Дифракция vs Дисперсия: сравнение
Анимация показывает ключевое различие: в решётке красный отклоняется больше, в призме -- фиолетовый.
Дифракция vs Дисперсия -- не перепутай!
| Явление | Какой цвет отклоняется больше? | Почему? |
|---|---|---|
| Дифракционная решётка | Красный отклоняется БОЛЬШЕ | \(\lambda_{\text{кр}} > \lambda_{\text{ф}}\) \(\Rightarrow\) \(\sin\varphi\) больше |
| Призма (дисперсия) | Фиолетовый отклоняется БОЛЬШЕ | \(n_{\text{фиол}} > n_{\text{кр}}\) \(\Rightarrow\) сильнее преломляется |
Это одна из самых частых ловушек в задании 17!
Электромагнитные колебания
Колебательный контур
\(T = 2\pi\sqrt{LC}\), \quad \(\omega = \frac{1}{\sqrt{LC}}\)
\(W = \frac{CU^2}{2} = \frac{LI^2}{2} = \frac{q^2}{2C} = \text{const}\) -- полная энергия контура
\(I_{\max} = q_{\max} \cdot \omega = \frac{q_{\max}}{\sqrt{LC}}\)
Анализ изменений
| Что меняется | Следствие |
|---|---|
| \(L\uparrow\) | \(T\uparrow\), \(\omega\downarrow\) |
| \(C\uparrow\) | \(T\uparrow\), \(\omega\downarrow\) |
| \(L\uparrow\), \(q_{\max}=\text{const}\) | \(I_{\max}\downarrow\) (так как \(I_{\max} = q_{\max}/\sqrt{LC}\)) |
| \(C\uparrow\), \(q_{\max}=\text{const}\) | \(I_{\max}\downarrow\), \(U_{\max}\downarrow\) |
Шкала электромагнитных волн
В порядке увеличения частоты (уменьшения длины волны):
Радиоволны \(\to\) СВЧ \(\to\) ИК \(\to\) Видимый свет \(\to\) УФ \(\to\) Рентген \(\to\) \(\gamma\)-лучи
Все ЭМВ в вакууме распространяются с одинаковой скоростью \(c = 3 \cdot 10^8\) м/с.
Ядерные распады (анализ)
Виды распадов
\(\alpha\)-распад: \({}^{A}_{Z}X \to {}^{A-4}_{Z-2}Y + {}^{4}_{2}\text{He}\)
\(\beta^-\)-распад: \({}^{A}_{Z}X \to {}^{A}_{Z+1}Y + {}^{0}_{-1}e + \tilde{\nu}\)
Таблица изменений
| Распад | Массовое число \(A\) | Зарядовое число \(Z\) | Число нейтронов \(N = A - Z\) |
|---|---|---|---|
| \(\alpha\)-распад | \(\downarrow 4\) | \(\downarrow 2\) | \(\downarrow 2\) |
| \(\beta^-\)-распад | Не меняется | \(\uparrow 1\) | \(\downarrow 1\) |
Запомни!
При \(\beta^-\)-распаде нейтрон превращается в протон: \(n \to p + e^- + \tilde{\nu}\).
Поэтому \(Z\) увеличивается на 1, а \(N\) уменьшается на 1, но \(A = Z + N\) не меняется.
Стратегия решения
Алгоритм решения задания 17
Пять шагов к правильному ответу
Контрольные вопросы перед ответом
- Не путаю ли свойство материала (работа выхода, красная граница) со свойством излучения?
- Не путаю ли дифракцию (решётка) с дисперсией (призма)?
- Помню ли, что частота НЕ меняется при переходе между средами?
- Помню ли, что интенсивность влияет на фототок, но НЕ на максимальную кинетическую энергию?
Банк заданий
Энергия фотона, падающего на фотокатод, увеличилась. Как изменятся при этом:
А) Длина волны падающего света
Б) Запирающее напряжение
Частоту света, падающего на фотокатод, увеличивают. Как изменятся при этом:
А) Энергия фотонов
Б) Работа выхода фотоэлектронов
На фотокатод вместо ультрафиолетового света направили синий свет. Как изменятся при этом:
А) Длина волны падающего света
Б) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
Интенсивность света, падающего на фотокатод, увеличилась, частота света не изменилась. Как изменятся при этом:
А) Число фотоэлектронов, покидающих катод в единицу времени
Б) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
Фотокатод заменили на металл с большей работой выхода. Свет остался прежним. Как изменятся при этом:
А) Красная граница фотоэффекта \(\nu_{\text{кр}}\)
Б) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
Ёмкость конденсатора колебательного контура увеличили в 4 раза, заряд конденсатора не изменился. Как изменятся при этом:
А) Период электромагнитных колебаний
Б) Максимальная сила тока в контуре
Индуктивность катушки колебательного контура увеличили в 9 раз, максимальный заряд конденсатора не изменился. Как изменятся при этом:
А) Период электромагнитных колебаний
Б) Максимальная сила тока в контуре
Луч света переходит из воды в стекло (показатель преломления стекла больше, чем воды). Как изменятся при этом:
А) Скорость света
Б) Длина волны света
На дифракционную решётку падает монохроматический свет. Длину волны увеличивают. Как изменятся при этом:
А) Угол, соответствующий первому дифракционному максимуму
Б) Максимальное число наблюдаемых дифракционных максимумов
Атом водорода переходит с 4-го на 2-й энергетический уровень, затем с 3-го на 1-й. Сравните излучённые фотоны. Как изменятся при этом (при втором переходе по сравнению с первым):
А) Частота излучённого фотона
Б) Длина волны излучённого фотона
Ядро испытывает \(\alpha\)-распад. Как изменятся при этом:
А) Массовое число ядра \(A\)
Б) Число нейтронов \(N\)
Ядро испытывает \(\beta^-\)-распад. Как изменятся при этом:
А) Зарядовое число ядра \(Z\)
Б) Число нейтронов \(N\)
Предмет находится между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы (\(F < d < 2F\)). Предмет удаляют от линзы (оставаясь в этой области). Как изменятся при этом:
А) Расстояние от линзы до изображения \(f\)
Б) Линейное увеличение \(\Gamma\)
Сравните радиоволну частотой 1 МГц и видимый свет в вакууме. Как изменяются следующие характеристики радиоволны по сравнению со светом:
А) Длина волны
Б) Скорость распространения в вакууме
Свет проходит через стеклянную призму. Сравните характеристики фиолетового света с красным. Как изменятся при переходе от красного к фиолетовому:
А) Угол преломления в призме (отклонение)
Б) Скорость света в стекле
Тренажёр
Шпаргалка
Фотоэффект
\(E\uparrow\), \(\lambda\downarrow\)
\(E_{k\,\max}\uparrow\), \(U_{\text{зап}}\uparrow\)
Фототок \(\uparrow\)
\(E_{k\,\max}\) = const!
\(\nu_{\text{кр}}\uparrow\), \(\lambda_{\text{кр}}\downarrow\)
\(E_{k\,\max}\downarrow\)
\(A_{\text{вых}}\), \(\nu_{\text{кр}}\), \(\lambda_{\text{кр}}\)
Колебательный контур
\(T\uparrow\), \(\omega\downarrow\)
\(L\uparrow \Rightarrow I_{\max}\downarrow\)
(при \(q = \text{const}\))
\(W = \frac{q^2}{2C} = \frac{LI^2}{2}\)
\(W = \text{const}\)
\(v = c = \text{const}\)
для всех частот
Оптика: дифракция vs дисперсия
\(\lambda\uparrow \Rightarrow \sin\varphi\uparrow\)
Красный дальше!
\(n_{\text{фиол}} > n_{\text{кр}}\)
Фиолетовый дальше!
\(\nu\) = const!
\(v\) и \(\lambda\) меняются
\(1/F = 1/d + 1/f\)
\(\Gamma = f/d\)
Ядерные распады
\(A\downarrow 4\), \(Z\downarrow 2\)
\(N\downarrow 2\)
\(A\) = const, \(Z\uparrow 1\)
\(N\downarrow 1\)