Задание №21 ЕГЭ Физика: разбор и критерии
Ответ на это задание — развёрнутое решение. В тренажёре его проверяет ИИ по официальным критериям ФИПИ, а здесь есть эталонное решение из банка.
Условие
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображен на рисунке в координатах p — n, где p — давление газа, n — его концентрация. Определите, получает газ теплоту или отдает в процессах 1–2 и 2–3. Ответ поясните, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
Подсказки — как подойти к решению
- Переведи график в привычные величины: концентрация n = N/V, а число молекул N по условию не меняется, поэтому изменение n означает изменение объёма. Так ты определишь, какой из участков изохорный, а какой изобарный.
- На каждом участке примени первый закон термодинамики Q = ΔU + A: проверь, совершает ли газ работу, и по закону Шарля или Гей-Люссака выясни, как меняется температура, а значит, внутренняя энергия. Знак Q и определит твой вывод.
Решение
1. По первому закону термодинамики количество теплоты, которое получает газ, равно сумме изменения его внутренней энергии Δ U и работы газа А: Q = Δ U + A. Концентрация молекул газа n = N/V, где N — число молекул газа, V — его объем. Для идеального одноатомного газа внутренняя энергия U = 3/2 ν RT (где ν — количество моль газа). По условию задачи N = const.
2. Поскольку на участке 1–2 концентрация газа не изменяется, то его объем постоянен (изохорный процесс), значит, работа газа А = 0. В этом процессе давление газа растет, согласно закону Шарля температура газа также растет, то есть его внутренняя энергия увеличивается: Δ U > 0. Значит, Q > 0, и газ получает тепло.
3. На участке 2–3 концентрация газа уменьшается, значит, его объем увеличивается, и работа газа положительна: А > 0. Давление газа постоянно (изобарный процесс), по закону Гей-Люссака температура газа также увеличивается. Поэтому Δ U > 0. По первому закону термодинамики Q > 0. В этом процессе газ получает тепло.
Ответ: газ получает положительное количество теплоты в процессах 1–2 и 2–3.
Критерии оценивания ФИПИ
| Критерий (до 3 баллов) | Балл |
|---|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: газ получает тепло в процессах 1–2 и 2–3) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: первый закон термодинамики для изохорного и изобарного процессов, закон Шарля и закон Гей-Люссака, определение концентрации газа). | — |
| 3 Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеются один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.) И (ИЛИ) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И (ИЛИ) В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. | — |
| 2 Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. ИЛИ Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи. | — |
| 1 Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | — |
| 0 Максимальный балл | 3 |
Типичные ошибки
- Ученик заявляет, что на участке 1–2 теплота не подводится, так как объём не меняется, и забывает: при V = const работа газа равна нулю, но давление и температура растут, внутренняя энергия увеличивается, поэтому Q = ΔU > 0 и газ теплоту получает.
В тренажёре: подсказки по шагам, разбор твоей ошибки ИИ-репетитором (он не даёт готовый ответ), повторение ошибок по интервалам и общий прогресс. Все задания №21 по физике · Разбор темы №21 с нуля