Задание 20: Механика — квантовая физика. Планирование эксперимента

Типичная формулировка: «Необходимо экспериментально изучить зависимость [величины X] от [величины Y]. Какие две установки из представленных следует использовать для проведения такого исследования?» Далее даются схематические рисунки установок с указанными на них параметрами (массы, углы, длины, площади, материалы и т. п.).

Ответ записывается как последовательность двух цифр — номеров установок, причём порядок не важен (ответы вида «13» и «31» засчитываются одинаково, что и отражено в критериях проверки).

…

Для уверенного решения нужно знать формулы, описывающие исследуемые зависимости в разных разделах курса физики, и уметь определять, какие величины в формуле являются переменными, а какие — параметрами, которые нужно зафиксировать.

• Ускорение бруска на наклонной плоскости с трением: $a = g(\sin\alpha - \mu\cos\alpha)$ — зависит от угла $\alpha$ и коэффициента трения $\mu$, но не зависит от массы $m$.
• Сила трения скольжения: $F_{тр} = \mu m g \cos\alpha$ — зависит от массы, коэффициента трения и угла.
• Сопротивление однородного проводника: $R = \rho \dfrac{l}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление материала, $l$ — длина, $S$ — площадь поперечного сечения.
• Ёмкость плоского конденсатора: $C = \dfrac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$, где $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды между пластинами, $S$ — площадь пластины, $d$ — расстояние между пластинами.
• Период колебаний математического маятника: $T = 2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g}}$ — зависит от длины нити и ускорения свободного падения, не зависит от массы груза и амплитуды (при малых колебаниях).
• Период колебаний пружинного маятника: $T = 2\pi \sqrt{\dfrac{m}{k}}$ — зависит от массы и жёсткости пружины.
• Уравнение состояния идеального газа: $pV = \nu R T$ — связывает давление, объём, количество вещества и температуру.
• Сила Ампера: $F = BIl\sin\alpha$ — зависит от индукции поля, силы тока, длины проводника и угла между проводником и полем.
• Закон Ома для участка цепи: $I = \dfrac{U}{R}$.

…

1. Прочитать условие и точно определить: какая величина исследуется (зависимая) и от какой величины исследуется зависимость (независимая переменная).
2. Вспомнить или восстановить физическую формулу, связывающую эти величины, и выписать её в явном виде.
3. Определить полный список параметров, которые влияют на зависимую величину согласно формуле — это те параметры, которые обязательно должны быть одинаковыми во всех сравниваемых установках, кроме исследуемой независимой переменной.
4. Выписать (мысленно или на бумаге) значения всех параметров для каждой предложенной установки — удобно составить таблицу.
5. Найти пару установок, у которых все «мешающие» параметры совпадают, а исследуемая независимая переменная различается. …