Задание 12 ОГЭ по физике: изменение физических величин в механике и тепловых явлениях

Что проверяет задание

Задание 12 проверяет умение анализировать физический процесс качественно — без вычислений, но с точным пониманием причинно-следственных связей. Тебе описывают ситуацию (движение маятника, распространение звука, нагрев тела, изменение давления газа и т.п.) и просят определить, как меняются две физические величины: увеличиваются, уменьшаются или остаются постоянными.

Главная трудность — не в формулах, а в том, чтобы правильно представить процесс во времени и понять, какие величины связаны друг с другом напрямую, а какие — через закон сохранения энергии или через свойства среды. Задание охватывает механические явления (колебания, движение тел, энергия) и тепловые явления (нагревание, плавление, испарение, работа газа), а также иногда — звуковые и электромагнитные волны.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: дано описание процесса (часто с рисунком — маятник, груз на пружине, сосуд с газом) и указаны две физические величины. Нужно для каждой величины выбрать одну из трёх цифр:

1 — увеличивается; 2 — уменьшается; 3 — не изменяется.

Ответ записывается как двузначное число (например, «23» означает: первая величина — увеличивается, вторая — уменьшается — цифры могут повторяться, например «11» или «33»).

Задание оценивается в 2 балла, если верно определены обе величины, и 1 балл, если верно определена только одна из двух. За полностью неверный ответ баллы не начисляются. Важно: частичный ответ засчитывается, поэтому даже если сомневаешься в одной величине, всегда указывай обе цифры.

Что нужно знать

Механические явления

• Кинетическая энергия: $E_k = \dfrac{mv^2}{2}$ — зависит от скорости тела.
• Потенциальная энергия тела над Землёй: $E_p = mgh$ — зависит от высоты.
• Потенциальная энергия упругой деформации: $E_p = \dfrac{kx^2}{2}$ — зависит от деформации пружины.
• Закон сохранения механической энергии (без трения): $E_k + E_p = E_{\text{полн}} = \text{const}$.
• Период колебаний маятника: $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$ (математический), $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$ (пружинный) — не зависят от энергии колебаний, а зависят от параметров системы.
• Скорость в разных точках траектории маятника максимальна в положении равновесия, минимальна (равна нулю) в крайних точках.
• Второй закон Ньютона: $F = ma$.
• Скорость волны через частоту и длину волны: $v = \lambda \nu$.
• При переходе волны из одной среды в другую частота не меняется, а скорость и длина волны меняются в зависимости от свойств среды.

Тепловые явления

• Количество теплоты при нагревании: $Q = cm\Delta t$.
• Количество теплоты при плавлении: $Q = \lambda m$.
• Количество теплоты при парообразовании: $Q = Lm$.
• Внутренняя энергия тела растёт при нагревании и уменьшается при охлаждении.
• Уравнение состояния идеального газа (для качественного анализа): при постоянном объёме давление растёт с температурой; при постоянном давлении объём растёт с температурой.
• Работа газа при расширении положительна, при сжатии — отрицательна.
• Направление теплопередачи: тепло всегда переходит от более горячего тела к более холодному телу до выравнивания температур.

Методы решения

1. Анализ через закон сохранения энергии (маятники, свободное падение) Если трения нет, полная механическая энергия постоянна, а кинетическая и потенциальная энергии переходят друг в друга. Мини-пример: шарик падает с высоты — потенциальная энергия убывает, кинетическая растёт, сумма не меняется.

2. Анализ через скорость и положение тела (колебания) Определи, в какую точку движется тело: к положению равновесия (скорость растёт) или от него к крайней точке (скорость падает). Мини-пример: груз на пружине движется от крайнего положения к центру — скорость увеличивается, значит кинетическая энергия увеличивается.

3. Анализ волновых процессов через инвариант — частоту Частота волны определяется источником и не меняется при переходе в другую среду. Скорость и длина волны зависят от свойств среды (обычно скорость звука в твёрдых и жидких средах больше, чем в газах). Мини-пример: звук переходит из воздуха в металл — частота остаётся, скорость возрастает.

4. Анализ тепловых процессов через направление теплообмена Определи, какое тело горячее, а какое холоднее, и куда идёт теплота. Мини-пример: горячий чай остывает на столе — его внутренняя энергия уменьшается, внутренняя энергия воздуха вокруг увеличивается.

5. Анализ через формулы пропорциональности Если известна формула величины, посмотри, от какого параметра она зависит и как этот параметр меняется в задаче. Мини-пример: при увеличении скорости движения автомобиля вдвое кинетическая энергия увеличивается в четыре раза, так как $E_k \propto v^2$.

Алгоритм решения по шагам

1. Внимательно прочитай описание процесса и, если есть рисунок, отметь на нём указанные точки или положения.
2. Определи тип явления: механическое движение, колебания, волна или тепловой процесс.
3. Выпиши формулы, которые связывают искомые величины с параметрами, изменяющимися в процессе (скоростью, высотой, температурой и т.д.).
4. Определи, как меняется каждый параметр в описанном интервале движения или времени.
5. Сделай вывод для первой величины: подставь мысленно изменение параметра в формулу и определи направление изменения величины.
6. Аналогично разбери вторую величину, не забывая проверить закон сохранения (если полная энергия постоянна — это ограничение на ответы).
7. Запиши ответ в виде двузначного числа, соответствующего порядку величин в условии.

Разбор примеров

Пример 1. Пружинный маятник колеблется между положениями 1 и 3. Нужно определить, как меняются кинетическая энергия и полная механическая энергия при движении маятника из положения 2 в положение 3.

Шаг 1. Положения 1 и 3 — крайние точки колебаний (там скорость равна нулю, деформация пружины максимальна). Положение 2 — это положение равновесия (там скорость максимальна).

Шаг 2. Маятник движется из положения равновесия (2) в крайнюю точку (3). Скорость тела при этом уменьшается от максимальной до нуля.

Шаг 3. Так как $E_k = \dfrac{mv^2}{2}$, а скорость убывает, кинетическая энергия уменьшается. Это соответствует цифре 2.

Шаг 4. Колебания незатухающие, значит трение и другие потери энергии отсутствуют. По закону сохранения энергии полная механическая энергия сохраняется на всём протяжении движения, то есть не изменяется. Это соответствует цифре 3.

Ответ: 23 — совпадает с исходным.

Пример 2. Математический маятник колеблется между положениями 1 и 3. Нужно определить, как меняются кинетическая и потенциальная энергия при движении из положения 1 в положение 2.

Шаг 1. Положение 1 — крайняя точка (максимальная высота подъёма груза, скорость равна нулю). Положение 2 — положение равновесия (минимальная высота, максимальная скорость).

Шаг 2. При движении от 1 к 2 маятник опускается: высота подъёма над нижней точкой уменьшается, а скорость растёт от нуля до максимума.

Шаг 3. Потенциальная энергия $E_p = mgh$ зависит от высоты $h$. Так как высота уменьшается, потенциальная энергия уменьшается — цифра 2.

Шаг 4. Кинетическая энергия $E_k = \dfrac{mv^2}{2}$ зависит от скорости. Так как скорость растёт, кинетическая энергия увеличивается — цифра 1.

Шаг 5. Проверка через закон сохранения: полная энергия постоянна, значит если потенциальная убывает, кинетическая должна расти — вывод согласуется.

Ответ: 12 — совпадает с исходным (порядок в вопросе: кинетическая, потенциальная).

Пример 3. Звуковая волна переходит из воздуха в воду. Нужно определить, как меняются частота и скорость звука.

Шаг 1. Частота волны задаётся источником колебаний (например, источником звука) и является инвариантом при переходе в другую среду — она определяется числом колебаний источника в секунду, а не свойствами среды, через которую волна распространяется.

Шаг 2. Значит частота при переходе из воздуха в воду не изменяется — цифра 3.

Шаг 3. Скорость звука зависит от плотности и упругих свойств среды: в жидкостях звук распространяется значительно быстрее, чем в газах, так как молекулы жидкости расположены гораздо ближе друг к другу и лучше передают колебания.

Шаг 4. Значит скорость звука при переходе из воздуха в воду увеличивается — цифра 1.

Шаг 5. Проверка через формулу $v = \lambda \nu$: поскольку частота $\nu$ не изменилась, а скорость $v$ возросла, длина волны $\lambda$ тоже должна вырасти — это логически согласуется с физикой волновых процессов.

Ответ: 31 — совпадает с исходным (порядок в вопросе: частота, скорость).

Типичные ошибки и ловушки

• Путают положение равновесия и крайние точки маятника — важно чётко определить, где скорость максимальна, а где равна нулю.
• Забывают, что при незатухающих колебаниях полная механическая энергия всегда постоянна, и пытаются найти её изменение через энергию в отдельных точках.
• Считают, что частота волны меняется при переходе в другую среду — на самом деле меняются скорость и длина волны, а частота остаётся неизменной.
• Путают направление теплопередачи, забывая, что тепло идёт от горячего тела к холодному, а не наоборот.
• Не учитывают, что при увеличении скорости в квадратичной зависимости (например, в кинетической энергии) изменение величины нелинейно, хотя для качественного ответа важно только направление изменения.
• Оставляют пустой ответ по одной из величин, если не уверены — при этом теряют гарантированный балл за вторую величину, который можно было получить.
• Не сверяют направление движения тела: путают, приближается тело к точке или удаляется от неё, что меняет знак изменения энергии на противоположный.

Как готовиться

Отработай базовые формулы кинетической, потенциальной энергии, теплоты и скорости волны так, чтобы называть их автоматически. Разбирай задачи по рисункам маятников: научись быстро определять положение равновесия и крайние точки колебаний, а также направление движения тела в конкретный момент. Реши как можно больше задач на закон сохранения энергии и на распространение волн в разных средах — обратная связь между частотой, длиной волны и скоростью должна стать интуитивно понятной. Отдельно потренируйся на задачах про тепловые процессы: нагревание, охлаждение, плавление, парообразование — важно уверенно определять направление теплообмена. Решая тренировочные варианты, всегда проговаривай вслух или письменно логическую цепочку рассуждений — это укрепляет навык быстрого качественного анализа, который необходим именно в этом задании.