Задание 18 ЕГЭ по физике: физический смысл величин и законов

Что проверяет задание

Задание 18 проверяет не умение решать задачи с числами, а глубину понимания физики: знаете ли вы точные формулировки законов, определения величин и границы применимости явлений. Здесь нельзя «прикинуть» ответ — нужно точно помнить, что утверждение может быть похоже на правильное, но искажено в деталях: перепутана пропорциональность, добавлено лишнее слово "только" или "никогда", подменено одно явление другим.

Задание охватывает весь курс физики — механику, термодинамику, электродинамику, оптику, квантовую физику и атомную физику. Из года в год в вариантах встречаются одни и те же типы ловушек, поэтому важно натренироваться их узнавать.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типовая формулировка: «Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите в ответе их номера». Даётся 5 утверждений, среди которых от одного до трёх верных (обычно два). Ответ — последовательность цифр без пробелов и знаков в порядке возрастания.

Задание оценивается в 2 балла при полностью верном ответе. Если указана только часть верных номеров без ошибок (то есть не хватает цифры, но лишних нет) — 1 балл. Если есть хотя бы одна неверная цифра — 0 баллов. Это значит, что угадывать наугад невыгодно: важно быть уверенным в каждой выбранной цифре.

Что нужно знать

Списком — ключевые формулы и определения, которые чаще всего фигурируют в утверждениях:

• Второй закон Ньютона: $a = \dfrac{F}{m}$, ускорение прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе.
• Закон Кулона: $F = k\dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}$ — сила обратно пропорциональна квадрату расстояния.
• Закон Джоуля–Ленца: $Q = I^2 R t$ — теплота прямо пропорциональна квадрату силы тока (не обратно!).
• Сила Архимеда: $F_A = \rho g V$, действует в любой жидкости и газе, а не только в жидкости.
• Тепловое равновесие: температуры тел одинаковы, но это не означает отсутствия теплообмена вообще.
• Сила Лоренца: $F = |q| v B \sin\alpha$ — при движении частицы вдоль линий индукции ($\alpha=0$) сила равна нулю.
• «Красная граница» фотоэффекта — максимальная длина волны (минимальная частота), при которой фотоэффект ещё возможен: $\lambda_{max} = \dfrac{hc}{A}$, где $A$ — работа выхода.
• Электромагнитная шкала: радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение — всё это электромагнитные волны, различающиеся длиной волны и частотой, а не природой.
• Радиоактивное излучение: альфа-частицы — ядра гелия, бета-частицы — электроны (или позитроны), гамма-излучение — электромагнитные волны. Это принципиально разные по природе частицы, а не «волны одной природы».
• Критическая масса — минимальная масса делящегося вещества, при которой цепная реакция становится самоподдерживающейся.
• Дифракция — свойство любых волн, включая рентгеновское излучение и радиоволны; она наблюдается при сопоставимости длины волны и размеров препятствия/щели.
• Давление в жидкости на одной глубине одинаково по всем направлениям (закон Паскаля): $p = p_0 + \rho g h$ — давление растёт с глубиной, а не «передаётся» по направлениям по-разному.
• Температура кипения зависит от давления — при изменении внешнего давления температура кипения жидкости меняется, поэтому утверждение о её неизменности неверно.

Методы решения

Метод 1. Проверка пропорциональности. Многие ошибки строятся на подмене «прямо пропорционально» на «обратно» и наоборот. Всегда мысленно подставляйте формулу и смотрите, как переменная стоит — в числителе или знаменателе.

Мини-пример: утверждение «теплота обратно пропорциональна квадрату тока» проверяем формулой $Q=I^2Rt$ — теплота растёт с ростом $I^2$, значит пропорциональность прямая, утверждение неверно.

Метод 2. Поиск слов-абсолютизаторов. Слова «только», «никогда», «всегда», «принципиально невозможно» — сигнал проверить утверждение на исключения. Физические явления редко ограничены столь жёстко.

Мини-пример: «Дифракция рентгеновского излучения принципиально невозможна» — неверно, так как дифракция рентгена наблюдается на кристаллических решётках, где период сравним с длиной волны.

Метод 3. Сопоставление определения с точной формулировкой. Нужно помнить canonical-формулировки величин (красная граница, критическая масса, тепловое равновесие) и сверять слово в слово, не допуская подмены смысла.

Мини-пример: «Красная граница фотоэффекта — максимальная длина волны, при которой ещё происходит фотоэффект» — это точное определение, верно.

Метод 4. Проверка природы явления. Часто путают электромагнитные волны с частицами или разные виды излучения между собой. Нужно чётко разделять: свет, радиоволны, рентген, гамма — электромагнитная природа; альфа- и бета-частицы — вещественные частицы.

Мини-пример: «Альфа-, бета- и гамма-компоненты — волны одной природы» — неверно, так как альфа и бета — частицы, а не волны.

Метод 5. Проверка условий равенства нулю. В электродинамике часто спрашивают про силу Лоренца или силу Ампера в частных случаях (угол 0° или 90°). Нужно помнить формулу с синусом угла и подставлять предельные случаи.

Мини-пример: при движении заряда вдоль линий индукции $\alpha = 0$, $\sin 0 = 0$, значит сила Лоренца равна нулю — утверждение о её отсутствии верно.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитайте все пять утверждений один раз целиком, не пытаясь сразу оценивать — чтобы понять общий круг тем (механика, оптика, электричество и так далее).
2. Для каждого утверждения выделите ключевое физическое понятие или закон, который оно описывает.
3. Вспомните точную формулу или определение этого понятия и сравните её с текстом утверждения слово за словом.
4. Обратите внимание на слова-абсолютизаторы («только», «никогда», «всегда», «принципиально невозможно») — они часто указывают на ложное утверждение.
5. Проверьте направление пропорциональности (прямая или обратная) там, где упоминается зависимость одной величины от другой.
6. Отметьте для себя каждое утверждение как верное или неверное, аргументируя конкретной формулой или определением.
7. Выпишите номера верных утверждений в порядке возрастания без пробелов и запишите в бланк ответа.
8. Перепроверьте: если сомневаетесь хотя бы в одном номере, лучше не включать его в ответ, если уверенность низкая, — это снижает риск получить 0 баллов вместо 1.

Разбор примеров

Пример 1.

Условие: даны пять утверждений о плавании тел, тепловом равновесии, законе Кулона, дифракции рентгена и красной границе фотоэффекта.

Шаг 1. Утверждение 1: «Плавание тел вследствие действия силы Архимеда возможно только в жидкостях». Сила Архимеда описывается формулой $F_A = \rho g V$ и действует в любой среде — жидкости или газе (воздушные шары плавают в воздухе). Слово «только» делает утверждение неверным.

Шаг 2. Утверждение 2: «Если тела находятся в тепловом равновесии, то их температура одинакова». Это точное определение теплового равновесия — верно.

Шаг 3. Утверждение 3: «Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Проверяем формулой закона Кулона: $F = k\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}$ — сила действительно обратно пропорциональна $r^2$. Верно.

Шаг 4. Утверждение 4: «Дифракция рентгеновского излучения принципиально невозможна». Это неверно — дифракция рентгена наблюдается на кристаллических решётках (метод рентгеноструктурного анализа), где межатомные расстояния сравнимы с длиной волны рентгена.

Шаг 5. Утверждение 5: «Красная граница фотоэффекта — максимальная длина волны, при которой ещё происходит фотоэффект». Это точная формулировка определения — верно.

Итог: верны утверждения 2, 3, 5. Ответ: 235.

Пример 2.

Условие: утверждения о втором законе Ньютона, тепловом движении, законе Джоуля–Ленца, электромагнитной шкале и радиоактивном излучении.

Шаг 1. Утверждение 1: «Ускорение прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе». Это в точности второй закон Ньютона: $a = \dfrac{F}{m}$. Верно.

Шаг 2. Утверждение 2: «Тепловым движением называют самопроизвольное перемешивание газов или жидкостей». Это описание диффузии, а не теплового движения. Тепловое движение — это хаотическое движение молекул вещества. Неверно.

Шаг 3. Утверждение 3: «Количество теплоты возрастает обратно пропорционально квадрату силы тока». По закону Джоуля–Ленца $Q = I^2 R t$ теплота растёт прямо пропорционально квадрату тока, а не обратно. Неверно.

Шаг 4. Утверждение 4: «Ультрафиолетовое, рентгеновское и видимое излучения имеют электромагнитную природу и различаются длиной волны в вакууме». Это верно — все три вида относятся к электромагнитному спектру и различаются именно длиной волны (частотой).

Шаг 5. Утверждение 5: «Альфа-, бета- и гамма-компоненты — волны электромагнитной природы, различающиеся частотой». Это неверно: альфа-частицы — ядра гелия, бета-частицы — электроны, только гамма-излучение является электромагнитной волной. Три компонента разной физической природы.

Итог: верны утверждения 1 и 4. Ответ: 14.

Пример 3.

Условие: утверждения о давлении в жидкости, температуре кипения, силе Лоренца, дифракции радиоволн и критической массе.

Шаг 1. Утверждение 1: «Под водой меньшее давление передаётся вниз, а большее — вверх». Согласно закону Паскаля, давление в жидкости на одной глубине одинаково по всем направлениям, а с глубиной растёт равномерно — формулировка про «меньшее вниз, большее вверх» искажает физику. Неверно.

Шаг 2. Утверждение 2: «Температура кипения жидкости есть характеристика только жидкости, не изменяемая никаким способом». Это неверно — температура кипения зависит от внешнего давления: при понижении давления жидкость кипит при более низкой температуре (пример — кипение воды в горах при более низкой температуре).

Шаг 3. Утверждение 3: «Сила Лоренца не действует на заряженные частицы, влетающие параллельно линиям индукции однородного магнитного поля». Формула силы Лоренца: $F = |q| v B \sin\alpha$. При движении вдоль линий индукции угол между скоростью и вектором $B$ равен нулю, $\sin 0 = 0$, значит сила равна нулю. Верно.

Шаг 4. Утверждение 4: «Дифракция радиоволн никогда не наблюдалась вследствие их большой длины волны». Это неверно — дифракция радиоволн наблюдается сплошь и рядом, например, огибание радиоволнами препятствий сравнимых с их длиной волны размеров (холмов, зданий), что и позволяет радиосвязи работать за пределами прямой видимости.

Шаг 5. Утверждение 5: «Критическая масса вещества — минимальная масса радиоактивного вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления». Это точное определение критической массы. Верно.

Итог: верны утверждения 3 и 5. Ответ: 35.

Типичные ошибки и ловушки

Самая частая ошибка — доверие к утверждению, которое звучит «похоже на правильное», без проверки формулы. Например, легко пропустить перевёрнутую пропорциональность в законе Джоуля–Ленца, если не подставить формулу мысленно.

Вторая ловушка — слова-абсолютизаторы. Составители заданий специально вставляют «только», «никогда», «принципиально невозможно» в ложные утверждения, потому что реальная физика почти всегда допускает исключения или более широкие условия.

Третья ошибка — путаница природы явлений: смешение частиц (альфа, бета) с волнами (гамма, электромагнитное излучение). Нужно чётко помнить, что альфа- и бета-излучение — это потоки частиц, а не волны.

Четвёртая ловушка — неточная передача канонического определения. Даже если смысл близок, при подмене одного слова определение становится неверным (например, «максимальная» заменена на «минимальная» длина волны в определении красной границы).

Пятая ошибка — не самая частая, но критичная: невнимательность при записи ответа. Если вы верно определили номера, но перепутали порядок или добавили лишнюю цифру по невнимательности, баллы будут потеряны. Проверяйте бланк ответа перед завершением.

Как готовиться

Составьте для себя компактный справочник по всем разделам школьной физики: механика, термодинамика, электродинамика, оптика, квантовая и атомная физика. В нём должны быть точные словесные формулировки законов (не только формулы) — потому что задание проверяет именно понимание словами, а не вычисления.

Разберите как можно больше реальных вариантов этого задания — накопите базу типичных «ложных» утверждений и запомните, в чём именно их подвох. Со временем вы начнёте узнавать шаблоны ловушек с первого взгляда.

При самопроверке всегда проговаривайте вслух или письменно, почему утверждение верно или неверно, ссылаясь на конкретную формулу или точное определение — это тренирует именно тот навык, который проверяется в задании.

Особое внимание уделите темам, где чаще всего путают природу явлений: электромагнитная шкала (радио, ИК, видимый свет, УФ, рентген, гамма — все электромагнитные волны разной длины/частоты) и радиоактивное излучение (альфа — частицы, бета — частицы, гамма — волны). Эти темы почти гарантированно встречаются в каждом варианте.

Наконец, тренируйтесь быстро определять слова-абсолютизаторы и сразу проверять их на контрпример — часто достаточно вспомнить одно исключение, чтобы опровергнуть утверждение целиком.