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
1 моль разреженного гелия участвует в циклическом процессе 1–2–3–4–1, график которого изображен на рисунке в координатах V–T, где V — объем газа, Т — абсолютная температура. Постройте график цикла в координатах p—V, где р — давление газа, V — объем газа. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, объясните построение графика. Определите, во сколько раз работа газа в процессе 2–3 больше модуля работы внешних сил в процессе 4–1.
Подсказки — как подойти к решению
- Перенеси цикл в координаты p–V: прямая, выходящая из начала координат на графике V(T), отвечает изобарному процессу, а вертикальный отрезок — изохорному. По закону Шарля найди, во сколько раз меняется давление на каждом участке.
- Работу газа на участке считай как площадь под графиком: A = pΔV. Для процесса 4–1 работа внешних сил равна по модулю работе газа, поэтому сравни pΔV на участках 2–3 и 4–1 и найди их отношение.
Решение
Перестроим график цикла в координатах p–V (см. рис.). Процесс 1–2 является изохорным, в нем абсолютная температура газа увеличилась в 3 раза, а значит, согласно закону Шарля (p/T = const), и давление газа увеличилось в 3 раза. Процесс²–3 является изобарным, поскольку его график в координатах V–T проходит через начало координат (V/T = const). В этом процессе и объем, и абсолютная температура газа увеличились в 2 раза. В процессе 3–4 газ изохорно уменьшил свою абсолютную температуру и давление в 3 раза, а в процессе 4–1 изобарно вернулся в исходное состояние.
Из графика видно, что работа газа в процессе 2–3 A₂₃ = 3p₀ (2V₀ − V₀) = 3p₀V₀, а модуль работы внешних сил в процессе 4–1 |A₄₁| = p₀ (2V₀ − V₀) = p₀V₀. Таким образом, искомое отношение (A₂₃)/(|A₄₁|) = 3.
Ответ: 3.
Критерии оценивания ФИПИ
| Критерий (до 3 баллов) | Балл |
|---|---|
| Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае п. 1) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: законы изопроцессов, графический смысл работы в термодинамике). | — |
| 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 находит отношение работ как отношение объёмов или температур, забывая, что работа равна площади под графиком p–V и определяется произведением давления на изменение объёма, а давления на участках 2–3 и 4–1 различаются в 3 раза.
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