9 задание ЕГЭ физика

МКТ и термодинамика: выбор верных утверждений

2 балла ≈ 6 мин уровень П МКТ и термодинамика: анализ процессов

Задание 9 повышенного уровня по разделу «Молекулярная физика и термодинамика». Дана ситуация (газ под поршнем, график цикла, таблица измерений, нагрев льда и воды), нужно выбрать все верные утверждения – их 2 или 3. Ответ – цифры в любом порядке, 2 балла; 1 балл при одной ошибке (лишняя, неверная или пропущенная цифра).

Алгоритм

Пойми, что постоянно: масса газа, давление (подвижный поршень без трения при постоянном внешнем давлении → $p$ =const), объём (жёсткий сосуд), температура.
Для каждого утверждения определи процесс и примени закон: газовый закон, первый закон термодинамики, формулу теплоты.
Особое внимание словам «газ совершает работу» и «над газом совершают работу», «получает» и «отдаёт» теплоту.

Ключевые факты

Поршень свободно движется, атмосфера постоянна: давление газа $p = p_{атм} + \frac{M g}{S}$ не зависит от температуры. Нагрев – газ расширяется изобарно.
Насыпали песок на поршень: давление газа после установления равновесия выросло.
При расширении газ совершает положительную работу; при сжатии работа внешних сил положительна, работа газа отрицательна.
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от $T$ : $U = \frac{3}{2} ν R T$ .
Во время плавления и кипения температура постоянна, теплота идёт на изменение агрегатного состояния. На графике $t (τ)$ это горизонтальные участки.
В цикле $Δ U = 0$ , работа за цикл = площадь цикла в осях $p$ – $V$ .

Разобранный пример (демоверсия). 2 моль гелия под подвижным поршнем, атмосферное давление постоянно. 1) При сжатии внешние силы совершают отрицательную работу – неверно (положительную). 2) При нагреве давление растёт – неверно (изобара). 3) При охлаждении сила давления на поршень не меняется – верно ( $p$ и $S$ постоянны). 4) Насыпали песок – давление прежнее – неверно. 5) При нагреве объём растёт – верно. Ответ: 35.

Ловушки: «давление растёт при нагреве» верно только для закрытого жёсткого сосуда; путать работу газа и работу внешних сил; думать, что при плавлении внутренняя энергия не меняется (она растёт – растёт потенциальная энергия взаимодействия частиц); путать удельную теплоёмкость и теплоёмкость тела.

На экзамене

Подвижный невесомый поршень без трения = постоянное давление.
Газ расширяется – работа газа положительна; сжимается – положительна работа внешних сил.
Горизонтальный участок на графике нагрева – фазовый переход, температура стоит, энергия растёт.
Ответ – 2 или 3 цифры. Сомневаешься в одной – лучше подумать ещё, чем дописать.

Разобранные задания 9 из открытого банка ФИПИ

Пример 1 · код ФИПИ 63FBEC

С идеальным газом происходит циклический процесс 1−2−3−4−1,
pV-диаграмма которого представлена на рисунке. Максимальная температура, достигаемая газом в этом процессе, составляет 400 К.
На основании анализа этого циклического процесса выберите два верных утверждения.

Рисунок к заданию

Работа газа при его изобарном расширении равна 200 Дж.
Количество вещества газа, участвующего в циклическом процессе, превышает 0,45 моля.
Работа, совершённая над газом при его изобарном сжатии, равна 200 Дж.
Минимальная температура в циклическом процессе равна 100 К.
На участке 4–1 газ отдаёт положительное количество теплоты.

Показать ответ и решение

Ответ: 23

Изобарное расширение 1–2: $A = 200 \cdot 1 0^{3} \cdot 2 \cdot 1 0^{- 3} = 400$ Дж (1 неверно). Изобарное сжатие 3–4: $A = 100 \cdot 1 0^{3} \cdot 2 \cdot 1 0^{- 3} = 200$ Дж (3 верно). $T_{\max}$ в состоянии 2: $ν = \frac{p V}{R T} = \frac{1600}{8, 31 \cdot 400} \approx 0, 48$ моль > 0,45 (2 верно). $T_{\min}$ в 4: $400 \cdot \frac{600}{1600} = 150$ К. На 4–1 (изохорное нагревание) газ получает теплоту.

Пример 2 · код ФИПИ D50CE4

Твёрдый образец медленно нагревается в плавильной печи так, что подводимая к нему тепловая мощность постоянна. В таблице приведены результаты измерений температуры образца с течением времени.

Время, мин.	0	5	10	15	20	25	30	35
Температура, °С	305	314	323	327	327	327	329	334

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённого экспериментального исследования, и укажите их номера.

Температура плавления вещества в данных условиях равна 329 °С.
Через 18 мин. после начала измерений образец частично расплавился.
Теплоёмкость вещества, из которого изготовлен образец, в жидком
и твёрдом состояниях одинакова.
Через 30 мин. после начала измерений образец не расплавился.
Процесс плавления образца продолжался менее 20 мин.

Показать ответ и решение

Ответ: 25

Плавление идёт при 327 °C (1 неверно); в 18 мин образец плавится – частично расплавлен (2 верно). Нагрев твёрдого – 1,8 °C/мин, жидкого – 1 °C/мин: теплоёмкости разные (3 неверно).

В 30 мин уже 329 °C – образец расплавился (4 неверно). Плавление примерно с 12 до 28 мин – менее 20 мин (5 верно).

Пример 3 · код ФИПИ C3E090

На рисунке представлены графики зависимости температуры t двух тел одинаковой массы от сообщённого им количества теплоты Q. Первоначально тела находились в твёрдом агрегатном состоянии.

Рисунок к заданию

Используя данные графиков, выберите из предложенного перечня все верные утверждения.

Температура плавления первого тела в 2 раза ниже, чем температура плавления второго тела.
Удельная теплота плавления первого тела в 3 раза больше удельной теплоты плавления второго тела.
Удельная теплоёмкость в твёрдом агрегатном состоянии у второго тела в 1,5 раза меньше, чем у первого.
Удельная теплоёмкость первого тела в твёрдом агрегатном состоянии равна удельной теплоёмкости второго тела в жидком агрегатном состоянии.
Оба тела имеют одинаковую удельную теплоту плавления.

Показать ответ и решение

Ответ: 14

Плато: тело 1 – на 2 клетках, тело 2 – на 4 клетках: $t_{пл 1}$ в 2 раза ниже (1 верно). Длины плато 3 и 2 клетки – $λ$ отличаются в 1,5 раза (2, 5 неверно).

Твёрдое состояние: $c \propto \frac{Δ Q}{Δ t}$ : тело 1 – 2/1, тело 2 – 2/3, $c_{2}$ меньше в 3 раза (3 неверно). Жидкое тело 2: $\approx 2 / 1$ – равно $c_{1}$ твёрдого (4 верно).

Частые вопросы о задании 9

Сколько баллов даёт задание 9 ЕГЭ по физике?

Максимум – 2 первичных балла. Норма времени на экзамене – около 6 мин. Уровень сложности – П.

Что проверяет задание 9?

Задание 9 повышенного уровня по разделу «Молекулярная физика и термодинамика». Дана ситуация (газ под поршнем, график цикла, таблица измерений, нагрев льда и воды), нужно выбрать все верные утверждения – их 2 или 3. Ответ – цифры в любом порядке, 2 балла; 1 балл при одной ошибке (лишняя, неверная или пропущенная цифра).

Как подготовиться к заданию 9?

Прочитайте теорию выше: алгоритм, нужные факты и ловушки. Затем решите подход из 10 заданий с автопроверкой и разбором – первые без регистрации – и вернитесь к ошибкам. В пробниках Сотки номер встречается в полных вариантах ФИПИ с подсчётом баллов.