Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ
материал для подготовки к егэ (гиа) по физике (9 класс)

Теория к разделу «ЭЛЕМЕНТЫ СОДЕРЖАНИЯ № 1»

Приборы для измерения

Задание №1 ОГЭ по физике

Физические понятия, величины. Их единицы измерения и приборы для измерения.

Для решения задания № 1 требуется знание физ.величин и понимание физ.явлений и законов из разных разделов программы. Кроме того, необходимо знать, посредством каких приборов те или иные величины измеряются. Определения, разъясняющие это, перечень основных физ.величин, их единиц и измерительных приборов приведены в разделе теории.

Теория к заданию №1 ОГЭ по физике

Физические величины, явления, законы

Физическая величина – это свойство класса явлений или типового физического объекта, имеющего единую качественную характеристику. Различают основные и производные физ.величины. Производными считаются величины, определяемые двумя или более основными. Примеры основных физ.величин: время, масса, длина, температура. Примеры производных физ.величин: скорость, сила, ускорение, объем, давление.

Под физическим явлением понимается процесс изменения существующего на данный момент (или в данной точке) положения либо состояния физ.системы. Примеры физ.явлений: диффузия, отражение света, испарение влаги, горение газа, электризация.

Физическим законом называется устойчивая взаимосвязь между физ.величинами, явлениями, состояниями тел, установленная эмпирически (опытным путем) и выраженная в виде математической формулы либо словесной формулировки. Примеры физ.законов: з-н Архимеда, з-ны Ома, з-ны Ньютона, з-н Бойля-Мариотта.

Единицы измерения физ.величин

Любая физ.величина характеризуется собственной единицей измерения. Ед.измерения позволяет определить ее количественное значение и соотнести его с проявлениями физ.величины в других объектах и процессах. Как правило, единицы измерения производных физ.величин представлены через единицы основных и других производных. Иногда это проявляется напрямую, отображаясь соотношением единиц величин, участвующих в их определении. Например, скорость выражается в  , т.е. через определяющие ее перемещение и время. Во многих случаях производные величины имеют собственные – оригинальные – ед.измерения. Так, сила выражается в Ньютонах (Н); но при определении этой единицы всегда оговаривается, что:  , т.е. выражается через единицы массы и ускорения.

Основные физ.величины и единицы их измерения (в СИ):

• длина, перемещение, координата – метр (м),
• скорость – метр в сек. (м/с),
• ускорение – метр в сек.в квадрате (м/с2),
• время, период колебаний – секунда (с),
• частота колебаний – герц (Гц),
• масса – килограмм (кг),
• сила – ньютон (Н),
• импульс – килограмм-метр в сек. (кг·м/с),
• работа (механическая, силы тока и т.д.), энергия, кол-во теплоты – джоуль (Дж),
• мощность – ватт (Вт),
• плотность вещества – килограмм на метр кубический (кг/м3),
• давление – паскаль (Па),
• температура – кельвин (К), распространена единица «градус Цельсия» (0С),
• эл.заряд – кулон (Кл),
• напряженность – вольт на метр (В/м),
• сила тока – ампер (А),
• потенциал, напряжение – вольт (В).

Приборы для измерения физ.величин

Они представляют собой устройства для определения количественных значения тех или иных физ.величин. Приборы могут быть различными по сложности своего устройства – от простейших (линейка, рычажные весы) до более или менее сложных (барометр, вольтметр). Приборы для измерения физ.величин в основном уникальны и могут использоваться для измерения единственной величины.

Основные измерительные приборы и величины, измеряемые ими:

• спидометр – скорость,
• динамометр – сила в механике,
• термометр – температура,
• манометр – давление газа или жидкости внутри сосуда,
• барометр – атмосферное давление,
• гигрометр – влажность воздуха,
• ареометр – плотность веществ,
• мензурка – объем жидкостей,
• амперметр – сила тока,
• электрометр – эл.потенциал,
• вольтметр – эл.напряжение (разность потенциалов),
• омметр – эл.сопротивление.

Физическое тело

Телом в физике считается материальный объект, отделенный конкретными собственными границами от других тел и характеризующийся а) конкретным объемом, б) постоянной массой, в) формой (обычно – простой). Это понятие используется для упрощенных математических расчетов с целью определения качественных и (или) количественных параметров процессов, в которых участвует данный объект. Примеры физ.тел: автомобиль, человек, Луна, здание.

Вектор

Вектором в физике называют одну из основных характеристик для физических величин, которая обозначает направление их движения. Векторными величинами являются скорость, сила, импульс, ускорение и др. Говоря, например, «вектор скорости», подразумевают, что для рассматриваемого физ.тела в данном случае важно не только то, насколько быстро или медленно оно движется, но и то, в какую сторону осуществляется это движение.

Тепловые явления

Теплопередача

К видам теплопередачи относятся теплопроводность, конвекция и излучение. Чтобы лучше понять, чем отличается один тип от другого, давайте разберем примеры.

Теплопроводность. Представьте, что ваши руки замерзли и вы держите в руках кружку кофе, чтобы их согреть. В таком случае тепло от более нагретого тела (кружки) передается менее нагретому (вашим рукам), до тех пор пока температура двух объектов не станет одинаковой. Так, горячая вода отдает свое тепло холодной при смешивании, а суп нагревает холодную ложку, если ее оставить в тарелке.

Конвекция — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками самого вещества. Проще говоря, это процесс, который происходит в жидкостях и газах, когда слои вещества разной температуры перемешиваются. На этом принципе основано отопление помещения и проветривание комнаты. Кстати, ветры, дующие над поверхностью земного шара, — это тоже пример конвекции.

Излучение. Догадывались ли вы, что мы сталкиваемся с этим типом теплопередачи каждый день? Именно день, ведь солнечный свет излучает тепло с помощью электромагнитных волн, что делает жизнь на планете Земля возможной. По правде говоря, любое нагретое тело может стать источником тепла (человек, животные, свеча, костер, звезды). Это можно увидеть с помощью особого прибора — тепловизора.

Совершение работы над веществом

Здесь мы тоже не обойдемся без понятного примера. Возьмем пробирку с керосином, обыкновенный шнурок и термометр. Замерим начальную температуру и начнем натирать пробирку шнурком. Что произойдет с температурой? Она начнет возрастать. Это происходит благодаря теплопередаче? Или, может, невидимое излучение заставляет керосин нагреваться? Нет, мы изменили температуру вещества, совершив над ним работу.

Итак, подведем промежуточные итоги:

Тепло — это энергия, которая создается тепловым движением молекул.

Тепловое движение — процесс хаотичного движения частиц, образующих вещество.

С ростом температуры растет и скорость движения молекул, а полностью остановить это движение практически невозможно.

Изменить температуру тела можно двумя способами: с помощью теплопередачи или изменения внутренней энергии тела при совершении над ним работы.

Понятие тепловых явлений

Тепловые явления — это физические процессы, протекающие в телах при их нагревании или охлаждении. То есть это те явления, которые происходят с телами по мере изменения их температуры.

Давайте сделаем небольшую остановку на этом физическом понятии, а потом продолжим.

Температура — мера нагретости тела. Ее можно измерить с помощью термометра, или по-простому градусника. У этого прибора есть множество разновидностей, но в быту чаще всего пользуются ртутными (для измерения температуры человеческого тела), жидкостными (для измерения температуры воздуха или жидкости) и электронными термометрами.

В мире используют несколько температурных шкал: Цельсия, Кельвина и Фаренгейта.

Давайте поразмышляем о том, что может происходить с телом под действием температуры. Для этого не придется идти далеко: достанем из холодильника кубик льда, опустим его в стакан и посмотрим, что получится. Спустя какое-то время лед начнет таять (или плавиться) и превратится в воду. Но на этом мы не остановимся! Перельем воду в кастрюлю и начнем нагревать на плите. Что произойдет тогда?

Абсолютно верно! Вода начнет нагреваться, а дальше — кипеть. Если вовремя не выключить плиту или не снять с нее кастрюлю, вся вода может выкипеть — превратиться в водяной пар.

За короткий промежуток времени мы смогли пронаблюдать воду в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. А можно ли обратить процесс вспять и снова получить кубик льда?

Так просто это сделать не получится: должно быть, весь водяной пар разлетелся по квартире, и его будет очень сложно собрать воедино. Но это не говорит о том, что процесс перехода из одного агрегатного состояния в другое необратим.

Предположим, нам удастся добыть целый литр водяного пара. Охлаждая его, мы заметим, как пар конденсируется — превращается в капельки жидкости. А получить лед совсем просто, если поместить полученную жидкость в морозильную камеру.

Если внимательно проанализировать опыт, вы заметите, что переход из одного агрегатного состояния в другое не происходит мгновенно. Для этого необходимо нагреть или охладить вещество до определенной температуры, причем для каждого вещества эти температуры разные. Так, лед начинает таять при 0 °С, а железо плавится аж при 1 538 °С.

А как называются процессы, связанные с повышением и понижением температуры? Сколько их всего?

Начнем с самого легкого. Процессы, связанные с нагреванием или охлаждением, так и называются. Напомним, что эти процессы не ведут к изменению агрегатного состояния, а, можно сказать, являются подготовкой к нему.

Плавление — процесс перехода из твердого состояния в жидкое. А обратный процесс, когда жидкость превращается в твердое тело, называется кристаллизацией (или затвердеванием). Для этих процессов необходимо достичь одной и той же температуры вещества. То есть лед начнет плавиться при нуле градусов, но одновременно с этим вода начнет кристаллизоваться при этой температуре.

Парообразование (кипение) — процесс перехода жидкости в газ, а конденсация — обратный процесс перехода газа в жидкость. Для этих процессов также существует одна и та же температура. Ртуть кипит при температуре 356,7 °С, и при этой же температуре пары ртути превращаются в жидкость

Отдельно выделим процесс сгорания вещества. Это явление также является тепловым, но, к сожалению, оно необратимо.

Итого к тепловым явлениям относятся 7 процессов: сгорание, нагревание, охлаждение, кипение (парообразование), конденсация, плавление, кристаллизация (затвердевание).

Формулы для расчета количества теплоты

Количество теплоты, которое необходимо для возникновения процесса или выделяется при нем, можно рассчитать по формулам.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при охлаждении

Q = cmΔt

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело [Дж/(кг·°C)]

m — масса тела [кг]

Δt — изменение температуры тела [°C]

Отдельно поговорим про с — удельную теплоемкость вещества. Это табличная величина, т. е. ее значение для каждого вещества различается, оно постоянно и его можно найти в конце учебника по физике или в интернете.

Количество теплоты, необходимое для плавления или выделяющееся при кристаллизации

Q = λm

Q — количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, находящегося при температуре плавления в нормальном атмосферном давлении [Дж]

m — масса тела [кг]

λ — удельная теплота плавления вещества, из которого состоит тело [Дж/кг]

Количество теплоты, необходимое для кипения или выделяющееся при конденсации

Q = Lm

Q — количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости (выделяющееся при конденсации пара), находящейся при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении [Дж]

m — масса тела [кг]

L — удельная теплота парообразования жидкости [Дж/кг]

Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива

Q = qm

Q — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива [Дж]

q — удельная теплота сгорания топлива [Дж/кг]

m — масса топлива [кг]

Внутреняя энергия – это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Зависит: от температуры, массы тела, агрегатного состояния

Не зависит: от механического движения, от положения тела относительно других тел

Способы изменения внутренней энергии: совершение работы (над телом), теплопередача(теплопроводность, конвекция, излучение).

Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Над телом (внутренняя энергия  увеличивается)

Самим телом (внутреняя энергия уменьшается)

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетической энергией (Ек) молекулы обладают, так как они находятся в движении, а потенциальной энергией (Еп), поскольку они взаимодействуют.  Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является 1 джоуль (1 Дж).  U = Eк + En.

Способы изменения внутренней энергии

Чем больше скорости движения молекул, тем выше температура тела, следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры тела. Чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое состояние, например, превратить лёд в воду, нужно подвести к нему энергию. Следовательно, вода будет обладать большей внутренней энергией, чем лёд той же массы, и, следовательно, внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела.

Внутреннюю энергию можно изменить при совершении работы. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.

Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

10 задание

Таблица основных частиц, которые встречаются в каждом варианте ОГЭ

Вспомним, что химические элементы обозначаются в виде  ,  где

• X – название химического элемента
• А – массовое число, равное сумме протонов и нейтронов
• Z – зарядовое число, равное числу протонов в ядре

Давайте раз и навсегда узнаем, что скрывается за числами рядом с названием каждого элемента. Рассмотрим пример углерода:

• 6 — это порядковый номер и зарядовое число Z. Таким образом, в ядре атома углерода 6 протонов. Z=6.
• 12,011 — это атомная масса. Мы будем его округлять до 12 и называть массовым числом A, то есть суммой протонов и нейтронов. A=12.
• Получается, в ядре атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов.

На ОГЭ часто встречаются три типа распадов: альфа, бета и гамма.

Альфа-распад

α-распад — испускание ядром альфа-частицы. Что это такое? Все просто — так называют ядро атома гелия, то есть частицу из двух протонов и двух нейтронов.

• У нас был элемент X с массовым числом A и с зарядовым числом Z
• Атом испускает альфа-частицу с массовым числом=4 и зарядовым числом=2
• Мы получаем новый элемент с массовым числом=A-4 и зарядовым числом=Z-2

В α-распаде заряд уменьшается на 2, а масса уменьшается на 4.

Бета-распад

β-распад — испускание ядром бета-частицы. Бета-частицей называют электрон. Посмотрим в списке основных частиц наверху, чему равны массовое и зарядовое число бета-частицы (электрона).

• У нас был элемент X с массовым числом A и с зарядовым числом Z
• Атом испускает бета-частицу с массовым числом=0 и зарядовым числом=-1
• Мы получаем новый элемент с прежним массовым числом=A и зарядовым числом=Z+1

В β-распаде заряд увеличивается на 1, а масса не меняется.

Гамма-распад

?-частицы — это излучение, а ?-распад — испускание ядром гамма-излучения. Пожалуй, это самый простой распад, потому что он ничего не меняет.

Элемент X до распада и элемент Y  после распада — это одно и то же.

Внимание! На ОГЭ ученики часто попадают в ловушки экзамена, считая, что ? излучение меняет элемент. Но это совсем не так! Какой элемент был до гамма-распада, такой и останется.

При ?-распаде заряд и масса не меняются.