Задание 21 демоверсии ЕГЭ 2027 по физике: разбор

Качественная задача с объяснением. Сначала напиши свой ответ, потом сравни с образцом.

Наименование	Обозначение	Множитель	Наименование	Обозначение	Множитель
гига	Г	$10^9$	санти	с	$10^{-2}$
мега	М	$10^6$	милли	м	$10^{-3}$
кило	к	$10^3$	микро	мк	$10^{-6}$
гекто	г	$10^2$	нано	н	$10^{-9}$
деци	д	$10^{-1}$	пико	п	$10^{-12}$

Константы
число $\pi$	$\pi = 3{,}14$
ускорение свободного падения на Земле	$g = 10$ м/с $^2$
гравитационная постоянная	$G = 6{,}7\cdot10^{-11}$ Н·м $^2$ /кг $^2$
универсальная газовая постоянная	$R = 8{,}31$ Дж/(моль·К)
постоянная Больцмана	$k = 1{,}38\cdot10^{-23}$ Дж/К
постоянная Авогадро	$N_\text{А} = 6\cdot10^{23}$ моль $^{-1}$
скорость света в вакууме	$c = 3\cdot10^8$ м/с
коэффициент пропорциональности в законе Кулона	$k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 9\cdot10^9$ Н·м $^2$ /Кл $^2$
электрическая постоянная	$\varepsilon_0 = 8{,}85\cdot10^{-12}$ Ф/м
модуль заряда электрона (элементарный электрический заряд)	$e = 1{,}6\cdot10^{-19}$ Кл
постоянная Планка	$h = 6{,}6\cdot10^{-34}$ Дж·с

Соотношения между различными единицами
температура	0 К = –273 °С
атомная единица массы	1 а.е.м. = $1{,}66\cdot10^{-27}$ кг
1 атомная единица массы эквивалентна	931,5 МэВ
1 электронвольт	1 эВ = $1{,}6\cdot10^{-19}$ Дж

Масса частиц
электрона	$9{,}1\cdot10^{-31}$ кг $\approx 5{,}5\cdot10^{-4}$ а.е.м.
протона	$1{,}673\cdot10^{-27}$ кг $\approx 1{,}007$ а.е.м.
нейтрона	$1{,}675\cdot10^{-27}$ кг $\approx 1{,}008$ а.е.м.

Плотность		древесины (сосна)	400 кг/м $^3$
бензина	710 кг/м $^3$	парафина	900 кг/м $^3$
спирта	800 кг/м $^3$	льда	900 кг/м $^3$
керосина	800 кг/м $^3$	алюминия	2700 кг/м $^3$
подсолнечного масла	900 кг/м $^3$	цинка	7100 кг/м $^3$
воды	1000 кг/м $^3$	железа	7800 кг/м $^3$
глицерина	1260 кг/м $^3$	меди	8900 кг/м $^3$
ртути	13 600 кг/м $^3$	свинца	11 350 кг/м $^3$

Удельная теплоёмкость
воды	$4{,}2\cdot10^3$ Дж/(кг·К)	чугуна	500 Дж/(кг·К)
спирта	$2{,}4\cdot10^3$ Дж/(кг·К)	железа	460 Дж/(кг·К)
льда	$2{,}1\cdot10^3$ Дж/(кг·К)	свинца	130 Дж/(кг·К)
алюминия	900 Дж/(кг·К)	меди	380 Дж/(кг·К)

Удельная теплота
парообразования воды	$2{,}3\cdot10^6$ Дж/кг
парообразования спирта	$9{,}0\cdot10^5$ Дж/кг
плавления льда	$3{,}3\cdot10^5$ Дж/кг
плавления стали	$7{,}8\cdot10^4$ Дж/кг
плавления свинца	$2{,}5\cdot10^4$ Дж/кг

Молярная масса
азота	$28\cdot10^{-3}$ кг/моль	гелия	$4\cdot10^{-3}$ кг/моль
аргона	$40\cdot10^{-3}$ кг/моль	кислорода	$32\cdot10^{-3}$ кг/моль
водорода	$2\cdot10^{-3}$ кг/моль	лития	$6\cdot10^{-3}$ кг/моль
воздуха	$29\cdot10^{-3}$ кг/моль	неона	$20\cdot10^{-3}$ кг/моль
воды	$18\cdot10^{-3}$ кг/моль	углекислого газа	$44\cdot10^{-3}$ кг/моль

Задание 21

На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, двух идеальных диодов (сопротивление диода при прямом включении равно нулю, при обратном включении ток через диод равен нулю), двух ключей, двух резисторов, идеальных амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ключ $\text{К}_1$ замкнут, а ключ $\text{К}_2$ разомкнут. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как изменятся показания приборов, если ключ $\text{К}_1$ разомкнуть, а ключ $\text{К}_2$ замкнуть.

Схема: источник ℰ, r, параллельно ему вольтметр; далее две параллельные ветви — диод D₂, ключ К₂ и резистор R₂ (диод пропускает ток от источника) и диод D₁ с ключом К₁ (диод включён навстречу); затем амперметр и резистор R₁

Источник: ФИПИ, проект демоверсии ЕГЭ 2027, с. 15

Образец ответа

Ответ: показания амперметра увеличатся, показания вольтметра уменьшатся.

Объяснение.

Длинная пластина источника — положительный полюс (на схеме сверху), поэтому во внешней цепи ток может идти только от левого узла разветвления к правому, затем через амперметр и резистор $R_1$ обратно к источнику.
В начальном состоянии ключ $\text{К}_2$ разомкнут, ток через верхнюю ветвь не идёт. Ключ $\text{К}_1$ замкнут, но диод $D_1$ включён навстречу этому направлению тока, а при обратном включении ток через идеальный диод равен нулю. Значит, цепь разорвана: $I_1 = 0$ , амперметр показывает ноль. Вольтметр подключён к полюсам источника; по закону Ома для полной цепи напряжение на зажимах $U = \mathcal{E} - Ir$ , и при $I_1 = 0$ он показывает $U_1 = \mathcal{E}$ .
После того как $\text{К}_1$ разомкнули, а $\text{К}_2$ замкнули, ток идёт через верхнюю ветвь: диод $D_2$ включён в прямом направлении, его сопротивление равно нулю. Цепь состоит из последовательно соединённых $R_2$ , амперметра (идеального) и $R_1$ . По закону Ома для полной цепи $I_2 = \frac{\mathcal{E}}{R_1 + R_2 + r} > 0,$ поэтому показания амперметра увеличатся.
Вольтметр показывает напряжение на внешнем участке цепи. По закону Ома для участка $U_2 = I_2(R_1 + R_2) = \mathcal{E} - I_2 r < \mathcal{E}$ , поэтому показания вольтметра уменьшатся.

Как оценивают · максимум 3

Критерий оценивания ответа до 3
3 балла — верный ответ (вольтметр — уменьшатся, амперметр — увеличатся) и полное объяснение со ссылками на закон Ома для полной цепи и для участка цепи и на условие, при котором диод пропускает ток. 2 балла — ответ верный, но одно нужное явление или закон не названы, есть логический недочёт, неточность или незачёркнутые лишние записи. 1 балл — не указаны два закона, рассуждения не доведены до ответа или содержат ошибки, либо названы не все законы при верных рассуждениях. Иначе 0.

Как выполнять

Определите полярность источника (длинная пластина — «плюс», сверху) и направление, в котором ток пошёл бы по внешней цепи.
Начальное состояние: ветвь с К₂ разомкнута, а диод D₁ в ветви с К₁ включён в обратном направлении — тока в цепи нет. Амперметр показывает 0, вольтметр — ЭДС.
После переключения ток идёт через открытый диод D₂, ключ К₂, резистор R₂, амперметр и R₁. Запишите закон Ома для полной цепи.
Найдите напряжение на зажимах источника через закон Ома для участка цепи и сравните с ЭДС.
Сформулируйте ответ: показания амперметра увеличатся, вольтметра — уменьшатся.