Задание 3 ЕГЭ по физике: законы сохранения в механике

В погоне за бюджетным местом в вузе каждый балл на счету. Так что не стоит упускать из виду даже задания, которые кажутся простыми. Разбираем задание 3 ЕГЭ по физике – то самое, где проверяют, как ты дружишь с законами сохранения.

0
91

Что проверяет задание 3 ЕГЭ по физике


Тема – механика, а именно законы сохранения. Это отдельный мир, не похожий на кинематику (там мы следили за траекториями) и на динамику (там разбирались с силами). Здесь главные герои – импульс и энергия. Они никуда не исчезают и не появляются из ниоткуда, а только переходят из одного тела в другое или превращаются из одного вида в другой.



Отличие от задания 2 (где главное было правильно расставить векторы сил) и задания 1 (где мы считали путь и скорость без причин) – здесь мы смотрим на систему целиком. Нам не важно, как именно двигалось каждое тело в каждый момент. Важно, что было в начале и что стало в конце.


Формат задания и система оценивания


Перед тобой условие – иногда с рисунком, иногда график зависимости, иногда просто текст. Например: «Тележка массой 2 кг катится со скоростью 3 м/с и сталкивается с неподвижной тележкой массой 1 кг. После неупругого удара они движутся вместе. Найти их общую скорость». Или: «Камень бросили вертикально вверх с начальной скоростью 20 м/с. На какой высоте его кинетическая энергия станет равна потенциальной?»


Ответ – одно число. Без единиц измерения. В бланк пишем только цифры, десятичную дробь через запятую. За это задание базового уровня дают 1 балл.


Эксперты рекомендуют тратить на это задание 1–2 минуты.


Основные понятия: импульс, работа и механическая энергия


Прежде чем обращаться к формулам, давай на пальцах разберем теорию задание 3 ЕГЭ по физике.


Импульс – это, грубо говоря, «мера движения».



Чем больше масса и чем быстрее тело двигаться, тем больше импульс. Но важная деталь: импульс – векторный! У него есть направление, совпадающее со скоростью. Поэтому при столкновениях мы всегда учитываем знаки: вправо – плюс, влево – минус.


Кинетическая энергия – энергия движения.



Она всегда положительная и не зависит от направления – только от модуля скорости. Если тело замедляется, его кинетическая энергия уходит куда-то.


Потенциальная энергия – запасенная энергия.



Ноль потенциальной энергии ты выбираешь сам – там, где удобно. Обычно за ноль берут самую нижнюю точку траектории или недеформированную пружину.


Полная механическая энергия – это просто сумма кинетической и потенциальной.



Вот ключевое правило, которое стоит запомнить. Если в системе нет ни трения, ни сопротивления воздуха — то есть тело взаимодействует только с полем тяжести или с пружиной, — тогда его полная механическая энергия остается неизменной на всем пути. Никуда не исчезает и не появляется из ниоткуда. Эта закономерность и называется законом сохранения механической энергии.


Работа силы – то, что перекачивает энергию из одного вида в другой или передает ее от тела к телу.



Если сила тянет в ту же сторону, куда едет тело, работа положительная – энергия прибавляется. Если тянет назад – отрицательная, энергия уходит в тепло.


Есть замечательная теорема об изменении кинетической энергии: ΔE_k = A_всех сил. То есть насколько изменилась кинетическая энергия, столько же работы совершили все силы вместе взятые. Очень мощная штука, когда не хочется возиться с ускорениями.


Все формулы задания 3 — шпаргалка


Соберем формулы для 3 задания ЕГЭ по физике, которые нужно знать, в одну небольшую шпаргалку. Это твой мини-справочник. Запомни, используй для подготовки, но ни в коем случае не бери никаких шпаргалок на экзамен. Это грозит удалением!



Когда применять каждый закон: как не ошибиться


Самый частый вопрос: «Какой закон брать?». Отвечаем по шагам.



Есть одна ловушка: иногда изменение импульса можно найти через F·Δt, если известно время действия силы. А если время не дано, но известны скорости до и после – считаем просто по Δp = m(v2 – v1). Не путай импульс силы и работу – у них разные единицы (Н·с и Дж).


Алгоритм решения задания 3


Начнем разбор решения 3 задания ЕГЭ по физике с плана, на который можно положиться. Пройди по шагам: вжух – и готово.


Шаг 1. Пойми, что происходит. Прочитай условие и скажи себе: это столкновение? Падение? Выстрел? Что именно меняется: скорость, высота, деформация пружины?


Шаг 2. Выпиши данные. Массы в килограммах (если в граммах – переводи), скорости в м/с (из км/ч дели на 3,6), высоты в метрах, сантиметры в метры (1 см = 0,01 м). Искомую величину обозначь буквой.


Шаг 3. Выбери закон. Если есть сомнения, проверь: сохраняется ли импульс (нет внешних сил)? Сохраняется ли энергия (нет трения)?


Шаг 4. Запиши формулу в общем виде. Не торопись подставлять числа.


Шаг 5. Вырази неизвестное. Сделай это алгебраически. Если ищешь скорость после удара – u = (m1 v1 + m2 v2)/(m1 + m2). Если высоту из ЗСМЭ – приравняй энергии в двух точках и вырази h.


Шаг 6. Подставь числа и посчитай. Только после того, как вывел формулу. Убедись, что все единицы в СИ.


Шаг 7. Проверь ответ. Скорость не может быть отрицательной, если ты не задано направление. Высота не может быть больше, чем при броске с той же энергией. Если получилось 0,0003 – скорее всего, где-то есть ошибка.


Разбор типовой задачи: закон сохранения импульса



Секрет: никогда не забывай про знаки. Импульс – векторный, и если ты их проигнорируешь, получишь нелепый ответ, где лодка и мальчик плывут в одну сторону.


Разбор типовой задачи: закон сохранения механической энергии



Обрати внимание: высота не зависит от массы – в этом вся прелесть. И если бы мы выбрали другой нулевой уровень, ответ остался бы тем же, но вычисления стали бы сложнее.


Типичные ошибки в задании 3 и как их избежать


Собрали для тебя коллекцию чужих ошибок, которая поможет понять, на что стоит обратить внимания и где быть осторожнее.


  • Промах первый: путаница между импульсом и энергией. Импульс — величина векторная, у него есть направление. Энергия — скаляр, направления у нее нет. При упругом столкновении сохраняется и то и другое, но для третьего номера обычно достаточно одного закона. Запомни ориентир: видишь слово «столкновение» — в голове всплывает импульс. Встретил «высота», «скорость», «подъем» — думай об энергии.
  • Промах второй: данные не переведены в систему СИ. 100 граммов — это 0,1 килограмма. 72 километра в час — это 20 метров в секунду (делим на 3,6). 5 сантиметров — 0,05 метра. Если пропустить этот шаг, даже идеально подобранная формула даст неверный ответ. Проверяющие такие ошибки видят сразу, но апелляция их не исправляет.
  • Промах третий: знаки в законе сохранения импульса расставлены неверно. Особенно часто это случается, когда одно тело догоняет другое или удар нецентральный.
  • Промах четвертый: не учли работу силы трения. В условии сказано «шероховатая поверхность» или дан коэффициент трения — механическая энергия уже не сохраняется. Часть ее уходит в тепло. Тогда нужно применять теорему об изменении кинетической энергии.
  • Промах пятый: считают, что потенциальная энергия — это всегда mgh. Это верно только для поля тяжести. А если есть пружина, то используется формула (kx²)/2. Если тело вращается по горизонтальной окружности, высота не меняется, значит, потенциальная энергия остается постоянной.
  • Быстрая проверка ответа. Получаешь число — прикинь, похоже ли оно на правду. Например, мальчик прыгнул с лодки, и ты вычислил скорость лодки. Она не может оказаться больше скорости мальчика, если их массы сравнимы. Высота подъема камня с начальной скоростью 10 м/с никак не может быть 50 метров — тут явно ошибка в формуле.

Как готовиться к заданию 3: с чего начать


Вот четкий план для самостоятельной подготовки.


  1. Выучи все формулы из нашей шпаргалки. Можно распечатать и повесить над столом. Повторяй их каждый день, пока не начнут отскакивать от зубов.
  2. Разбери каждый тип задач отдельно. Сначала 10 задач на закон сохранения импульса. Потом 10 на закон сохранения энергии. Потом 10 на теорему о кинетической энергии. Смешивать их рано.
  3. Отрабатывай перевод единиц. Возьми 20 чисел из разных задач и переведи их в СИ: 54 км/ч, 200 г, 15 см, 3 мин. Доведи до автоматизма.
  4. Тренируйся на вариантах ФИПИ и сборниках. Когда решаешь, всегда проговаривай вслух, какой закон используешь и почему.
  5. Приходи в «Сотку» на подготовку к ЕГЭ по физике. Мы собрали все, чтобы не просто зазубрить все типы задания 3 ЕГЭ по физике, а научиться видеть их суть. Преподаватели дадут живые разборы, лайфхаки и проверят каждую ошибку. Теория станет понятна даже гуманитариям. Переходи по ссылке, там тебя ждут бесплатные вебинары и конспекты.

А еще совет: решай вдумчиво, но не застревай. Если видишь, что задача не идет больше 5 минут – пропусти, вернешься после остальных. Для третьего номера лимит – 2 минуты. Чем больше тренируешься, тем быстрее включается автомат.


Заключение


Итак задание 3 ЕГЭ по физике – это твой шанс взять легкий балл, если ты знаешь, когда включать закон сохранения импульса, а когда – закон сохранения энергии. Запомни главное: импульс любит удары и выстрелы, энергия – падения и горки, а работа помогает там, где есть трение или сила тяги. Выучи формулы, научись переводить единицы, и никакая задача не выбьет тебя из колеи.


Верим, что у тебя все получится. Тренируйся, не бойся ошибаться, задавай вопросы на наших занятиях – и на экзамене ты даже не заметишь, как решишь это задание за 30 секунд. Удачи!


Перезвоним вам и расскажем о нашей школе
Нажимая на кнопку, вы принимаете политику обработки данных и даете согласие на обработку персональных данных