Задание 21 ЕГЭ по физике

1. 1. Шаг 1 — называем явление: преломление света на границе двух сред. Оно описывается законом преломления: sin α / sin β = n₂/n₁, а также тем, что скорость света в среде меньше: v = c/n.
2. 2. Шаг 2 — что происходит с лучами от погружённой части ложки. Выходя из воды в воздух, то есть из оптически более плотной среды в менее плотную, они отклоняются от нормали.
3. 3. Шаг 3 — как работает глаз. Мозг считает, что свет пришёл по прямой, поэтому он продолжает вышедшие лучи назад до пересечения. Точка пересечения продолжений оказывается не там, где находится сама точка предмета, — возникает мнимое изображение, смещённое вверх.
4. 4. Шаг 4 — отсюда оба наблюдения. Погружённая часть ложки видится приподнятой, и в месте, где линия зрения пересекает поверхность воды, ложка кажется переломленной. Дно стакана по той же причине видится выше своего истинного положения, и вода кажется мельче, чем есть.
5. 5. Шаг 5 — проверка условием. Эффект пропадает, если смотреть строго сверху вниз: при нулевом угле падения преломления нет, и смещение исчезает. Он же усиливается при косом взгляде — чем больше угол, тем заметнее излом.
6. 6. Шаг 6 — практическое следствие, которое стоит назвать: кажущаяся глубина водоёма меньше истинной примерно в n раз (для воды в 1,33 раза). Именно поэтому нельзя оценивать глубину на глаз, а острога рыбака должна быть направлена ниже видимой рыбы ✔
7. 7. Шаг 7 — о формате. Перед вами задание линии 21, качественная задача: она стоит в уроке линии 13 намеренно, потому что объясняется преломлением, но оформлять ответ нужно по критериям качественной задачи — с названным явлением, законами и связной цепочкой ✔

Ответ: Лучи от погружённой части ложки, выходя из воды в воздух, отклоняются от нормали; глаз продолжает их по прямой, и предмет видится приподнятым — возникает мнимое изображение. Поэтому ложка кажется переломленной на границе, а дно — приподнятым, и кажущаяся глубина меньше истинной примерно в n раз.

1. 1. Шаг 1 — как устроен глаз. Хрусталик работает как собирающая линза, а сетчатка играет роль экрана, расстояние до которого фиксировано. Чёткое зрение — это когда действительное изображение попадает точно на сетчатку.
2. 2. Шаг 2 — дальнозоркость. Оптическая сила хрусталика недостаточна (или глазное яблоко коротко), лучи от близкого предмета сходятся слишком далеко — за сетчаткой, и на ней получается размытое пятно.
3. 3. Шаг 3 — что делает собирающая линза. Она добавляет оптическую силу: при сложении тонких линз оптические силы складываются, D = D₁ + D₂. Лучи после очков сходятся раньше, и изображение возвращается на сетчатку.
4. 4. Шаг 4 — близорукость. Здесь наоборот: оптическая сила избыточна (или глаз вытянут), изображение далёких предметов формируется перед сетчаткой. Нужна линза с отрицательной оптической силой — рассеивающая: она уменьшает суммарную оптическую силу, и точка схождения отодвигается на сетчатку.
5. 5. Шаг 5 — числовой смысл диоптрий. Очки «+2 дптр» — собирающая линза с фокусным расстоянием F = 1/D = 0,5 м; очки «−2 дптр» — рассеивающая с тем же по модулю фокусным расстоянием. Знак в рецепте прямо указывает тип линзы.
6. 6. Шаг 6 — оформление по критериям задания линии 21 — этот разбор относится именно к ней, хотя урок закрывает линию 13: названы явление (построение изображения тонкой линзой, роль сетчатки как экрана), закономерности (формула тонкой линзы, сложение оптических сил, знак оптической силы), выстроена цепочка и дан ответ по обоим случаям ✔

Ответ: При дальнозоркости лучи сходятся за сетчаткой; собирающая линза добавляет оптическую силу (оптические силы складываются), и изображение смещается на сетчатку. При близорукости изображение формируется перед сетчаткой, и нужна рассеивающая линза с отрицательной оптической силой, уменьшающая суммарную.

1. 1. Шаг 1 — называем явление. Это интерференция света в тонкой плёнке: свет частично отражается от передней поверхности плёнки и частично — от задней, и две отражённые волны накладываются.
2. 2. Шаг 2 — откуда берётся разность хода. Вторая волна проходит дополнительный путь внутри плёнки, примерно равный удвоенной толщине (с учётом показателя преломления и угла падения), поэтому между волнами возникает оптическая разность хода, зависящая от толщины плёнки и угла наблюдения.
3. 3. Шаг 3 — почему появляется цвет. Белый свет содержит все длины волн. При данной толщине условие максимума Δ = kλ выполняется лишь для некоторых длин волн, а для других выполняется условие минимума. В отражённом свете остаются усиленные цвета — плёнка кажется окрашенной.
4. 4. Шаг 4 — почему окраска меняется со временем. Мыльная плёнка стекает: сверху она утончается, снизу утолщается. Меняется толщина — меняется разность хода — усиливаются другие длины волн, и полосы ползут.
5. 5. Шаг 5 — почему окраска меняется при наклоне. При изменении угла наблюдения меняется длина пути волны внутри плёнки, а значит, и разность хода: тот же участок «переключается» на другой цвет.
6. 6. Шаг 6 — оформление по критериям задания линии 21 — этот разбор относится именно к ней, хотя урок закрывает линию 13: названо явление (интерференция в тонкой плёнке), указаны закономерности (условия максимума и минимума, зависимость разности хода от толщины и угла), выстроена цепочка и дан вывод. Одного слова «интерференция» для трёх баллов недостаточно ✔

Ответ: Свет, отражённый от передней и задней поверхностей плёнки, интерферирует. Оптическая разность хода зависит от толщины плёнки и угла наблюдения, поэтому условие максимума выполняется для разных длин волн на разных участках и при разных углах — плёнка кажется цветной, а по мере стекания мыльного раствора толщина меняется, и окраска ползёт.

1. 1. Шаг 1 — фиксируем, что задано и что удерживается постоянным. Конденсатор не отключён, значит, напряжение U на обкладках задано источником и не меняется. Это и есть развилка всей темы.
2. 2. Шаг 2 — что делает диэлектрик. Молекулы диэлектрика поляризуются: их связанные заряды смещаются и создают собственное поле, направленное против внешнего. Способность вещества ослаблять поле описывает диэлектрическая проницаемость ε > 1.
3. 3. Шаг 3 — ёмкость. Для плоского конденсатора C = εε₀S / d. Внесение диэлектрика увеличивает ёмкость в ε раз.
4. 4. Шаг 4 — заряд. Из определения ёмкости q = CU. Напряжение постоянно, ёмкость выросла — значит, заряд на обкладках вырос в ε раз; недостающий заряд приходит от источника по проводам.
5. 5. Шаг 5 — напряжённость. Между обкладками E = U / d. И напряжение, и расстояние не изменились, следовательно, напряжённость поля осталась прежней. Это контринтуитивно: диэлектрик ослабляет поле, но источник «доливает» заряд ровно настолько, чтобы поле осталось тем же.
6. 6. Шаг 6 — как оформить ответ по критериям линии 21. Нужны: названные явления и законы (поляризация диэлектрика, определение ёмкости q = CU, формула ёмкости плоского конденсатора, связь E = U/d), логическая цепочка и вывод. Одного слова «увеличится» без объяснения недостаточно ✔
7. 7. Шаг 7 — сравните со вторым сценарием: если бы конденсатор отключили от источника, постоянным был бы заряд, и тогда при внесении диэлектрика напряжение и напряжённость уменьшились бы в ε раз, а энергия упала бы. Именно эту пару сценариев и путают чаще всего.

Ответ: Заряд на обкладках увеличится в ε раз (источник поддерживает напряжение и дополняет заряд), напряжённость поля между обкладками не изменится, так как E = U/d, а U и d прежние. Использованы: поляризация диэлектрика, C = εε₀S/d, q = CU, E = U/d.

1. 1. Шаг 1: Описываем систему и изменение. Конденсатор отключён от источника, расстояние между пластинами d увеличивается.
2. 2. Шаг 2: Определяем, что сохраняется. Конденсатор отключён — заряду некуда уйти и неоткуда прийти, значит q = const. Это первое и главное звено ответа.
3. 3. Шаг 3: Смотрим на ёмкость. Для плоского конденсатора C пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Раздвинули пластины — d вырос — ёмкость C уменьшилась.
4. 4. Шаг 4: Напряжение. Берём формулу, где стоит постоянная величина: U = q/C. Заряд постоянен, ёмкость уменьшилась, значит напряжение выросло.
5. 5. Шаг 5: Энергия. По той же причине выбираем W = q²/(2C), а не W = CU²/2. Заряд постоянен, ёмкость уменьшилась — энергия выросла.
6. 6. Шаг 6: Проверяем ответ законом сохранения энергии. Откуда взялась дополнительная энергия? Пластины заряжены разноимённо и притягиваются, поэтому, раздвигая их, мы совершаем работу против сил притяжения — эта работа и перешла в энергию поля. Ответ согласуется с физикой, а не только с формулой.
7. 7. Шаг 7: Записываем вывод одной фразой: заряд не изменился, напряжение и энергия увеличились.

Ответ: Заряд не изменился (конденсатор отключён), ёмкость уменьшилась, поэтому напряжение U = q/C и энергия W = q²/(2C) увеличились за счёт работы внешних сил при раздвигании пластин.