Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Задание 6 ЕГЭ по физике

Задание 6 ЕГЭ по физике

В этом задании нужно определить, как меняются физические величины в различных ситуациях. Темы могут варьироваться по всем разделам механики.

1. Подвешенный на пружине груз совершает свободные вертикальные гармонические колебания. Пружину заменили на другую, жёсткость которой меньше, оставив массу груза и амплитуду колебаний неизменными. Как при этом изменятся частота свободных колебаний груза и его максимальная скорость?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Частота свободных колебаний грузаМаксимальная скорость груза

Период свободных колебаний пружинного маятника определяется по формуле Замена пружины на пружину с меньшей жёсткостью приведёт к росту периода. Так как то частота колебаний уменьшится. Максимальная скорость груза определяется из закона сохранения и превращения механической энергии.

Форма вопросов в заданиях может быть различной. Но правильные ответы базируются на умении определять, как изменятся одни физические величины при изменении других.

  1. Искусственный спутник Земли перешёл с одной круговой орбиты на другую, на новой орбите скорость его движения меньше, чем на прежней. Как изменились при этом потенциальная энергия спутника в поле тяжести Земли и его период обращения вокруг Земли?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Период обращения спутника вокруг Земли

Эту задачу можно решить, используя простые рассуждения. Так как при переходе на другую орбиту скорость спутника уменьшилась, то его притяжение к Земле стало также меньше. Следовательно, он отдалился от поверхности Земли на большее расстояние. Радиус новой орбиты больше, поэтому потенциальная энергия увеличивается. Обращение вокруг Земли стало медленнее, поэтому период также возрастает.

Секрет решения: Движение ИСЗ (искусственного спутника Земли) связано с притяжением Земли. В этой теме много сложных для запоминания формул. Выводы большинства этих формул основываются на знаниях закона всемирного тяготения и понятия центростремительной силы. Равенство силы всемирного тяготения и центростремительной силы позволяет упростить запоминание «тяжелых» формул.

3. На поверхности воды плавает брусок из древесины плотностью 500 кг/м 3 . Брусок заменили на другой брусок той же массы и с той же площадью основания, но изготовленный из древесины плотностью 700 кг/м 3 . Как при этом изменились глубина погружения бруска и действующая на него сила Архимеда?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Глубина погружения бруска

Ключевым моментом в подобных задачах является равенство силы тяжести и силы Архимеда. При выполнении этого условия тела плавают на поверхности жидкости. Так как в обоих случаях масса не изменилась, то сила тяжести и сила Архимеда также не изменились.

Глубину погружения можно выразить из формулы для силы Архимеда.

Из последней формулы видно, что все физические величины остались без изменения. Поэтому глубина погружения не изменилась.

Секрет решения: При рассмотрении задач на плавание тел надо приравнивать силу Архимеда и силу тяжести. Надо помнить, что в формуле для выталкивающей силы используется плотность жидкости (а не тела) и объем погруженной части тела (а не весь объем тела).

Пружинный маятник

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Читайте так же:
Из какого металла делают скрепки канцелярские

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Пружинный маятник»

«Мир, в котором мы живём,

удивительно склонен к колебаниям….

Колеблются даже атомы,

из которых мы состоим».

Данная тема посвящена решению задач на пружинный маятник.

Задача 1. На пружину с жёсткостью 50 Н/м подвешивают груз массой 3 кг. За какое время груз совершит 30 полных колебаний?

Период колебаний пружинного маятника может быть определён по формуле

Период колебаний, в общем случае также рассчитывается по формуле

Приравняем эти формулы и выразим искомое время

Ответ: 46,2 с.

Задача 2. К пружине подвешен груз массой 100 г. После того, как массу груза увеличили, период колебаний увеличился в 2,5 раза. Найдите массу, на которую увеличили массу груза.

Период колебаний пруженного маятника определяется по формуле

Применим эту формулу для начального и конечного периодов

Т.к. по условию задачи

Преобразуем данное выражение

Ответ: 525 г.

Задача 3. Шарик массой 400 г подвешен на пружине. Собственная частота колебаний шарика равна 15 рад/с, а начальная амплитуда колебаний равна 40 см. Известно, что система теряет энергию со скоростью 2 Дж/с. Через какое время после начала затухания колебаний шарик остановится?

Энергия пружинного маятника рассчитывается по формуле

Собственная частота пружинного маятника определяется по формуле

Выразим из этой формулы коэффициент жёсткости и подставим его в первую формулу

Составим уравнение, учитывая то, что шарик остановится в тот момент, когда система исчерпает свою энергию (то есть, начальная энергия будет уменьшаться с указанной в задаче скоростью, в течение определённого промежутка времени)

Ответ: 3,6 с.

Задача 4. Пружинный маятник совершает колебания по закону косинуса. Известно, что максимальная скорость, достигаемая системой при колебаниях равна 3 м/с, а период колебаний составляет 10 с. Постройте графики зависимости координаты и скорости от времени. Сдвиг фаз равен нулю.

Запишем уравнение гармонических колебаний

Циклическую частоту пружинного маятника можно рассчитать по формуле

С другой стороны циклическая частота определяется как

Запишем закон сохранения энергии для пружинного маятника

При колебаниях потенциальная энергия переходит в кинетическую и наоборот, поэтому, полную энергию можно приравнять к максимальной кинетической или максимальной потенциальной энергии.

Приравняем эти две формулы и выразим амплитуду

Тогда с учетом значений амплитуды и циклической частоты уравнение гармонических колебаний примет вид

Скорость гармонических колебаний описывается уравнением

По полученным зависимостям построим требуемые в условии задачи графики

Задача 5. Шарик, прикреплённый к пружине, совершает колебания в горизонтальной плоскости с периодом 5 с. Если эту пружину заменить на другую, то период колебаний станет равен 8 с. Найдите период колебаний, системы, состоящей из этих двух пружин и шарика (пружины соединяются последовательно).

Период колебаний пружинного маятника определяется по формуле

Применим эту формулу к первому и второму значению периода и выразим из этих формул коэффициенты жёсткости пружин

При некотором сжатии (или растяжении) в каждой из пружин возникнут силы упругости. Пусть в пружине, конец которой зафиксирован, возникает сила упругости F1 (которая будет действовать на вторую пружину). В свою очередь, во второй пружине тоже возникнет сила упругости, которая будет действовать на первую пружину (обозначим её за F2).

Мониторинг успешности учения
материал для подготовки к егэ (гиа) по физике (11 класс)

Проект содержит дифференцированные по уровню сложности задания, проверяющие в совокупности усвоение учащимися всего содержания учебной темы и составляющие итоговую работу; систему срезовых работ.

Читайте так же:
Как определить емкость автомобильного аккумулятора

К уроку физики 11 класс

Тема: «Механические колбания»

Содержательные элементы урока, подлежащие проверке

В соответствии с кодификатором ЕГЭ по физике 2018 года проверке подлежат следующие понятия:

Код контролируемого элемента

Элементы содержания, проверяемые заданиями КИМ

гармонические колебания. Амплитуда и фаза колебаний.

кинематическое описание: x=A cos (ωt+ φ 0 ); v(t)=x / (t); a(t)=v / (t)=x // (t)=-ω 2 x(t).

динамические описания: ma x =-кx,

энергетические описания:( закон сохранения механической энергии)

mv 2 /2+ kx 2 /2=mV 2 /2=kA 2 /2=const.

связь амплитуды колебаний исходных величин с амплитудами колебаний е скорости и ускорения:

V vax =ωx, a max =ω 2 x

период и частота колебаний

период колебаний математического маятника

период колебаний пружинного маятника

  1. Задания с кратким ответом:
  1. Период колебаний потенциальной энергии горизонтального пружинного маятника 1 с. Каким будет период ее колебаний, если массу груза маятника увеличить в 2 раза, а жесткость пружины вдвое уменьшить? (Ответ дайте в секундах.)
  2. Скорость тела, совершающего гармонические колебания меняется с течением времени в соответствии с уравнение v=3х10 -2 sin 2πt, где все величины выражены в СИ. Какова амплитуда колебаний скорости? (Ответ дайте в метрах в секунду.)
  3. Груз, подвешенный на пружине жёсткостью 400Н/м совершает свободные гармонические колебания. Какой должна быть жёсткость пружины, чтобы частота колебаний этого груза увеличилась в 2 раза? (Ответ дайте в Н/м.)
  4. При свободных колебаниях груза на нити как маятника его кинетическая энергия изменяется от 0 Дж до 50 Дж, максимальное значение потенциальной энергии 50 Дж. Чему равна полная механическая энергия груза при таких колебания? (Ответ выразите в джоулях.)
  1. Объяснение явлений

1. Исследовалась зависимость удлинения пружины от массы подвешенных к ней грузов. Результаты измерений представлены в таблице.

Погрешности измерений величин m и x равнялись соответственно 0,01 кг и 0,01 м. Выберите два утверждения, соответствующие результатам этих измерений.

1) Коэффициент упругости пружины равен 5 Н/м.

2) Коэффициент упругости пружины равен 50 Н/м.

3) При подвешенном к пружине грузе массой 150 г её удлинение составит 4 см.

4) С увеличением массы растяжение пружины уменьшается.

5) При подвешенном к пружине грузе массой 250 г её удлинение составит 5 см.

2. Груз, подвешенный на лёгкой пружине жёсткостью 200 Н/м, совершает вертикальные колебания. На рисунке изображены графики зависимости смещения груза x и проекции скорости груза V x от времени t .

На основании анализа приведённых графиков, выберите два верных утверждения и укажите в ответе их номера.

1) Круговая частота ω колебаний груза равна 40 рад/с.

2) Период колебаний груза равен (0,1 π ) с.

3) Максимальное ускорение груза равно по модулю 800 см/с 2 .

4) Масса груза равна 1 кг.

5) Максимальная потенциальная энергия упругой деформации пружины равна 4 кДж

3. Груз совершает свободные вертикальные гармонические колебания на пружине жёсткостью 100 Н/м. На рисунке 1 изображена схема экспериментальной установки, указаны положение равновесия (0) и положения максимальных отклонений груза (А и В). На рисунке 2 изображена зависимость проекции скорости V x этого груза от времени t .

На основании анализа графика и схематического изображения экспериментальной установки выберите из приведённого ниже списка два правильных утверждения и укажите их номера.

1) Масса груза равна 2 кг.

2) В момент времени t = 0 груз находился в положении А.

3) В момент времени t 1 кинетическая энергия груза была максимальна.

4) В момент времени t 2 потенциальная энергия пружины больше кинетической энергии груза.

5) В момент времени t 3 кинетическая энергия груза больше, чем в момент времени t 1

  1. Изменение физических величин в процессах
  1. Груз массой m , подвешенный к пружине, совершает колебания с периодом T и амплитудой x 0 . Что произойдет с периодом колебаний, максимальной потенциальной энергией пружины и частотой колебаний, если при неизменной амплитуде уменьшить массу груза?
Читайте так же:
Инструкция по охране труда для токаря расточника

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

  1. Груз изображенного на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3.

Как меняются кинетическая энергия груза маятника, скорость груза и жесткость пружины при движении груза маятника от точки 1 к точке 2?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается; 2) уменьшается; 3) не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Потенциальная энергия идеальной деформированной пружины и закрепленного на ней тела

Пружинный маятник — колебательная система, которая состоит из тела, подвешенного к пружине. Эта система способна к совершению свободных колебаний.

Подобные системы довольно широко распространены за счет своей функциональной гибкости. Механизмы на основе таких маятников часто используются как элементы средств автоматики.

В том числе они нашли применение в контактных взрывателях различных боеприпасов, в качестве акселерометров в контурах управления ракет. Так же они активно используются в предохранительных клапанах, устанавливаемых в трубопроводах.

Что такое пружинный маятник

Пружинным маятником в физике называют систему, совершающую колебательные движения под действием силы упругости.

Приняты следующие обозначения:

  • m — масса тела;
  • k — коэффициент жесткости пружины.

Общий вид маятника:

Особенностями пружинных маятников являются:

    Сочетание тела и пружины.

Массой пружины обычно в расчетах пренебрегают. Роль тела могут играть различные объекты. На них оказывают действие внешние силы. Груз может крепиться разными способами. Витки пружины, которыми она начинается и заканчивается, изготавливают с учетом повышенной нагрузки;

При максимальном сжатии зазора между витками нет. Когда она максимально растянута, возникает необратимая деформация;

В этот момент на объект не оказывает действие сила упругости;

Масштаб влияния определяется несколькими причинами (тип сплава, расположение витков и т. д.). Так как может происходить и сжатие и растяжение, можно сделать вывод, что сила упругости действует в двух противоположных направлениях;

Например, если подвесить груз к пружине и, растянув её, отпустить, то груз будет перемещаться в двух плоскостях: вертикально и горизонтально.

Формула томсона для пружинного маятника Формула томсона для пружинного маятника Формула томсона для пружинного маятника

Энергия колебательных систем с одной степенью свободы

Все, что сказано для пружинного маятника можно применить , для любых механических колебаний систем с одной степенью свободы. Мгновенное положение такой системы можно определить, используя один параметр, который называют обобщенной координатой ($q$), например, угла поворота или смещения по оси координат. При этом величина $dot=frac

$ называется обобщённой скоростью.

Потенциальная энергия в таких обозначениях примет вид:

где $alpha , beta $ — параметры системы. Полная энергия системы в нашем случае равна:

обобщенная координата совершает гармонические колебания с частотой:

Виды пружинных маятников

Горизонтальный пружинный маятник

Существует два типа данной системы:

маятник — на тело довольно сильно влияет сила тяжести. Это влияние обуславливает увеличение инерционных движений, которые совершает тело в исходной точке.

— в таком варианте при движении на груз начинает действовать сила трения, возникающая по причине того, что груз лежит на поверхности.

Сила трения в горизонтальном маятнике

Вопрос 13

Текст вопроса

7AC008 Груз изображённого на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняется потенциальная энергия пружины маятника, кинетическая энергия груза и жёсткость пружины при движении груза маятника от точки 1 к точке 2? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Читайте так же:
Как устроены наушники схема

3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Потенциальная энергия пружины маятника

Кинетическая энергия груза

Отзыв

Кинетическая энергия груза

Потенциальная энергия пружины маятника

Сила упругости в пружинном маятнике

До начала деформирования пружина находится в равновесном состоянии. Прикладываемое усилие может как растягивать, так и сжимать её.

Применяя к пружинному маятнику закон сохранения энергии, мы можем рассчитать силу упругости в нем. Упругость прямо пропорциональна расстоянию, на которое сместился груз.

Расчёт силы упругости может быть проведен таким образом:

Fупр
= — k*x
где k — коэффициент жесткости пружины (Нм),

Вопрос 10

Текст вопроса

F0FEC9 На гладком горизонтальном столе пружинный маятник совершает свободные незатухающие колебания. Затем пружину заменяют на пружину большей жёсткости, а амплитуду колебаний оставляют неизменной. Как изменятся при этом три величины: период колебаний, максимальная потенциальная энергия маятника, его максимальная кинетическая энергия?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Читать также: Гидро пресс для автомастерской своими руками

Максимальная потенциальная энергия маятника

Максимальная кинетическая энергия маятника

Отзыв

Максимальная потенциальная энергия маятника

Максимальная кинетическая энергия маятника

Уравнения колебаний пружинного маятника

Свободные колебания пружинного маятника описываются с помощью гармонического закона.

Если допустить вероятность того, что колебания идут вдоль оси Х, и при этом выполняется закон Гука, то уравнение примет вид:

F(t) = ma(t) = — mw2x(t),

где w — радиальная частота гармонического колебания.

Для проведения расчета колебаний, учитывая все вероятности, применяют следующие формулы:

Свободные колебания пружинного маятника

Закон сохранения механической энергии

Согласно установленным законам механическое воздействие консервативной механической системы сохраняется во времени. Этот момент определяет то, что потенциальная энергия деформированной пружины не может возникнуть сама или исчезнуть куда-нибудь. Именно поэтому для ее создания нужно приложить соответствующее усилие.

Рассматриваемый закон относится к категории интегральных равенств. Эта закономерность определяет то, что он складывается их действия дифференциальных законов, является свойством или признаком совокупного воздействия.

Для проведения соответствующих расчетов должна применяться определенная формула. Сила, с которой оказывается воздействие, не является постоянной. Именно поэтому для ее вычисления применяется графический метод. Самая простая зависимость может быть описана следующим образом: F=kx. При применении подобной зависимости построенная координатная линия будет представлена прямой линией, которая расположена под углом относительно системы координат.

Приписать подобному устройству потенциальную энергию можно только в том случае, если она равна максимальной работе и не зависит от условной траектории движения. Проведенные исследования указывают на то, что подобная работа подчиняется закону Гука. Для определения основного показателя применяется следующая формула: U=kk2/2.

Для деформирования витков к ним должно быть приложено определенное усилие, так как в противном случае кинетическая сила не возникнет.

Период и частота свободных колебаний пружинного маятника

При разработке проектов всегда определяется период колебаний и их частота. Для их измерения используются известные в физике формулы.

Период и частота колебаний пружинного маятника

Изменение циклической частоты покажет формула, приведенная на рисунке:

Циклическая частота

Факторы, от которых зависит частота:

    Коэффициент упругости.

На этот коэффициент влияет количество витков, их диаметр, расстояние между ними, длина пружины, жесткость используемого сплава и т. д.

Читайте так же:
Измельчитель садовый своими руками чертежи размеры

От этого фактора зависит возникающая инерция и скорость перемещения.

Вопрос 5

Текст вопроса

Конденсатор колебательного контура заряжают от источника постоянного напряжения, а затем замыкают на ка­тушки с различными индуктивностями: L 1, L 2, L 3. Подберите во втором столбце таблицы слова, правильно характеризующие из­менения параметров гармонических колебаний в колебательном контуре при уменьшении индуктивности катушек в таких опытах

Читать также: Как в стекле сделать отверстие видео

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физиче­ской величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Амплитуда колебаний заряда конденсатораЧастота колебанийАмплитуда колебаний силы

Отзыв

Амплитуда колебаний заряда конденсатора

Амплитуда колебаний силы

Энергия пружинного маятника

При рассмотрении колебания тел учитывают, что груз движется прямолинейно. Полная механическая энергия тела в каждой точке траектории является константой и равняется сумме его потенциальной энергии и кинетической энергии.

Потенциальная энергия:

Кинетическая энергия:

Полная энергия:

Энергия гармонического колебания

Расчет имеет особенности. При его проведении нужно учитывать несколько условий:

  1. Колебания проходят в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной.
  2. В качестве равновесного положения выбирается ноль потенциальной энергии. Находясь в этом положении пружина сохраняет свою форму.
  3. Влияние силы трения при расчете не учитывают.

Понятие потенциальной энергии пружины

При рассмотрении того, что такое потенциальная энергия пружины следует уделить внимание самому понятию – свойство, которым могут обладать тела при нахождении на земле. Этот момент определяет то, что ей могут обладать самые разнообразные изделия, в том числе рассматриваемое. К особенностям рассматриваемого понятия можно отнести следующее:

  1. Потенциальная энергия в рассматриваемом случае формируется по причине изменения состояния. Даже при несущественном смещении витков относительно друг друга считается изменением состояния подобного изделия.
  2. Для того чтобы изменить состояние изделия совершается определенное действие. Зачастую для этого проводится прикладывание усилия. При этом важно провести расчет требуемого усилия для сжатия витков.
  3. После выполнения определенной работы большая часть усилия, которое было потрачено на выполнение действия высвобождается при определенных обстоятельствах. Как правило, этот процесс предусматривает возврат витков в свое первоначальное положение. Это достигается за счет особой формы изделия, а также применения соответствующего материала, который обладает повышенной упругостью. Именно за счет этого свойства зачастую проводится установка рассматриваемого изделия. Показатель может достигать весьма высоких показателей, которой достаточно для реализации различных задач. Распространенным примером можно назвать установку пружины в запорных и предохранительных элементах, которые отвечают за непосредственное возращение запорного элемента в требуемое положение.

Она также широко применяется при создании самых различных механизмов, к примеру, заводных часов. При проектировании различных механизмов учитывается закон сохранения механической силы, которая характеризуется довольно большим количеством особенностей.

Вопрос 16

Текст вопроса

BB2c18 В первой серии опытов по исследованию малых колебаний разных грузов на нити одинаковой длины использовался железный грузик, во второй – алюминиевый такого же объёма. Угол отклонения нити от вертикали в обоих исследованиях одинаковый.

Читать также: Маленький плоскошлифовальный станок по металлу

Как при переходе от первой серии опытов ко второй изменяется период колебаний, частота и максимальная кинетическая энергия груза?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector