Задание 14 ОГЭ по физике: анализ графиков, таблиц и схем

Что проверяет задание

Задание 14 проверяет умение извлекать физическую информацию из графиков, таблиц и схем и делать на её основе верные выводы. Здесь не нужно проводить сложные вычисления — важнее понять смысл представленных данных: что откладывается на осях графика, как читать таблицу, что означают стрелки и подписи на схеме превращений. Задание охватывает пять содержательных блоков: механику, термодинамику, электромагнитные явления, оптику и квантовую физику (радиоактивный распад, ядерные реакции). В каждом варианте встречается только одна из этих тем, но формат работы с данными всегда похож.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Используя данные графика (таблицы, схемы), выберите из предложенного перечня утверждений два верных. Укажите их номера». Обычно даётся 5 утверждений, из которых нужно выбрать ровно два. Ответ записывается как последовательность двух цифр без разделителей, порядок цифр не имеет значения (например, 15 и 51 — оба варианта верны).

За задание можно получить максимум 2 балла:

• 2 балла — оба номера указаны верно;
• 1 балл — указан только один верный номер без ошибочных;
• 0 баллов — ответ неверный, неполный с ошибкой или не дан.

Важная особенность: если в ответе указан хотя бы один неверный номер, всё задание оценивается в 0 баллов, даже если второй номер правильный. Поэтому спешить и отмечать «на всякий случай» лишние варианты нельзя.

Что нужно знать

Механика

• Скорость: $v = \dfrac{s}{t}$; ускорение: $a = \dfrac{\Delta v}{\Delta t}$.
• Уравнение равноускоренного движения: $s = v_0 t + \dfrac{a t^2}{2}$.
• Второй закон Ньютона: $F = ma$.
• Закон сохранения импульса: $m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$.
• Механическая энергия: $E = E_к + E_п$, где $E_к = \dfrac{mv^2}{2}$, $E_п = mgh$.
• На графике зависимости координаты от времени наклон касательной равен скорости; на графике скорости от времени — площадь под кривой равна пройденному пути.

Термодинамика

• Уравнение теплового баланса: $Q_{отдано} = Q_{получено}$.
• Количество теплоты при нагревании: $Q = cm\Delta T$.
• Теплота плавления/парообразования: $Q = \lambda m$, $Q = Lm$.
• Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры.
• На графике зависимости температуры от времени горизонтальные участки соответствуют фазовым переходам (плавление, кипение), наклонные — нагреву или охлаждению вещества в одном агрегатном состоянии.

Электромагнитные явления

• Закон Ома для участка цепи: $I = \dfrac{U}{R}$.
• Мощность тока: $P = UI = I^2R$.
• Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
• На графике зависимости силы тока от напряжения угол наклона прямой определяет сопротивление ($R = \dfrac{U}{I}$).

Оптика

• Закон отражения: угол падения равен углу отражения.
• Закон преломления: $\dfrac{\sin\alpha}{\sin\beta} = n$.
• Формула тонкой линзы: $\dfrac{1}{F} = \dfrac{1}{d} + \dfrac{1}{f}$.
• На схемах ход лучей через линзу или призму показывает, собирающая или рассеивающая система, а также характер изображения (действительное/мнимое, прямое/перевёрнутое).

Квантовая физика

• Альфа-распад: $_{Z}^{A}X \to \,_{Z-2}^{A-4}Y + \,_2^4\text{He}$ — массовое число уменьшается на 4, заряд на 2.
• Бета-распад: $_{Z}^{A}X \to \,_{Z+1}^{A}Y + \,_{-1}^{0}e$ — массовое число не меняется, заряд увеличивается на 1.
• Период полураспада $T$ — время, за которое распадается половина исходных ядер; это статистическая величина, не зависящая от количества вещества.
• Чем меньше период полураспада изотопа, тем выше энергия испускаемых им альфа-частиц (эмпирическая закономерность, встречающаяся в заданиях с цепочками распада).
• Стабильный элемент — тот, который не претерпевает самопроизвольного радиоактивного распада (в цепочках распада урана это конечный изотоп свинца).

Методы решения

1. Считывание координат точек на графике (механика). Нужно определить по двум точкам графика скорость или ускорение. Пример: на графике $v(t)$ в момент $t=0$ скорость $v_0=2$ м/с, в момент $t=4$ с скорость $v=10$ м/с. Тогда $a = \dfrac{10-2}{4} = 2$ м/с².

2. Анализ горизонтальных участков графика температуры (термодинамика). Если график $T(t)$ имеет площадку на уровне $0^\circ C$, значит происходит плавление льда, и вся подводимая теплота идёт не на нагрев, а на изменение агрегатного состояния. Пример: если площадка длится 5 минут при постоянной мощности нагревателя, то теплота плавления пропорциональна этому времени.

3. Работа с вольт-амперной характеристикой (электромагнитные явления). По прямой линии графика $I(U)$ находят сопротивление как обратный угловой коэффициент. Пример: если при $U=6$ В сила тока $I=2$ А, то $R = \dfrac{6}{2}=3$ Ом.

4. Построение хода лучей по схеме (оптика). Определяют тип линзы по расположению точки схождения лучей: если лучи после линзы сходятся в одной точке — линза собирающая, если расходятся — рассеивающая. Пример: если параллельный пучок после линзы собирается в точке на расстоянии 10 см, то фокусное расстояние линзы $F=10$ см.

5. Подсчёт частиц в цепочке радиоактивного распада (квантовая физика). По разнице массовых чисел начального и конечного изотопа определяют число альфа-частиц: $n_\alpha = \dfrac{A_1-A_2}{4}$. Затем по разнице зарядовых чисел с учётом уже найденных альфа-частиц находят число бета-частиц. Пример: если $A_1=238$, $A_2=206$, то $n_\alpha = \dfrac{238-206}{4}=8$.

Алгоритм решения по шагам

1. Определить тип представленных данных: график, таблица или схема — и понять, что именно на них изображено (оси, столбцы, стрелки, подписи).
2. Прочитать все обозначения: единицы измерения, названия величин, номера элементов схемы.
3. Если это цепочка превращений — выписать все элементы по порядку со стрелками и типами распада (если указаны).
4. Проверить каждое утверждение из перечня отдельно, сверяя его с данными графика/таблицы/схемы, а не с общими знаниями «на память».
5. Для количественных утверждений — произвести необходимый расчёт (разница масс, разница зарядов, угол наклона графика и так далее).
6. Отбросить утверждения, которые противоречат представленным данным, даже если они кажутся физически правдоподобными в общем случае.
7. Выбрать два утверждения, которые подтверждаются данными без каких-либо противоречий, и записать их номера в любом порядке.

Разбор примеров

Пример 1. На схеме показана цепочка превращений урана-238 в свинец-206. Нужно найти число альфа- и бета-частиц.

Шаг 1. Разница массовых чисел: $238-206=32$. Каждая альфа-частица уменьшает массовое число на 4, значит число альфа-частиц: $$n_\alpha = \dfrac{32}{4}=8.$$

Шаг 2. Разница зарядовых чисел: уран имеет $Z=92$, свинец $Z=82$, разница равна 10. Восемь альфа-частиц уменьшают заряд на $8\times2=16$. Чтобы итоговое уменьшение заряда составило 10, нужно, чтобы бета-частицы «вернули» заряд на $16-10=6$ единиц, то есть их число: $$n_\beta = 6.$$

Шаг 3. Проверяем утверждение 1: «восемь альфа-частиц и шесть бета-частиц» — совпадает с расчётом, утверждение верно.

Шаг 4. Утверждение 2 про протактиний-234 как элемент с самым малым периодом полураспада — неверно, так как в этой цепочке самый короткоживущий изотоп — полоний-214 (период полураспада около 164 микросекунд, что значительно меньше периода протактиния, измеряемого минутами).

Шаг 5. Утверждение 3 про полоний-218 как источник самых энергичных альфа-частиц — неверно: наибольшей энергией альфа-частиц обладает продукт распада с наименьшим периодом полураспада, то есть полоний-214, а не полоний-218.

Шаг 6. Утверждение 4 про висмут-214 как стабильный элемент — неверно, поскольку он распадается далее (претерпевает бета-распад).

Шаг 7. Утверждение 5: «конечным продуктом распада урана является свинец с массовым числом 206» — верно по условию задачи, это подтверждено самой схемой.

Верные утверждения: 1 и 5. Ответ: 15.

Пример 2. Та же схема цепочки распада урана-238 в свинец-206, но другой перечень утверждений.

Шаг 1. Утверждение 1 про «шесть альфа-частиц и шесть бета-частиц» — противоречит расчёту из примера 1, где было получено 8 альфа-частиц. Утверждение неверно.

Шаг 2. Утверждение 2: «самый малый период полураспада имеет полоний-214» — верно, это согласуется с данными схемы, где у полония-214 период полураспада порядка $164$ мкс — наименьший среди всех изотопов цепочки.

Шаг 3. Утверждение 3: «свинец-206 не подвержен самопроизвольному распаду» — верно, так как свинец-206 является конечным (стабильным) продуктом всей цепочки превращений.

Шаг 4. Утверждение 4: «уран-234 в отличие от урана-238 является стабильным» — неверно, так как уран-234 на схеме продолжает распадаться (претерпевает альфа-распад в торий-230), то есть он тоже радиоактивен.

Шаг 5. Утверждение 5: «радий-226 превращается в радон-222 с испусканием бета-частицы» — проверяем по числам: массовое число уменьшилось с 226 до 222 (на 4), заряд уменьшился с 88 до 86 (на 2) — это признаки альфа-распада, а не бета-распада. Утверждение неверно.

Верные утверждения: 2 и 3. Ответ: 23.

Пример 3. Условие и перечень утверждений полностью аналогичны примеру 2, отличается только порядковый номер перечисления при чтении, суть данных та же. Применяя ту же логику проверки (пересчёт числа альфа- и бета-частиц, сравнение периодов полураспада, сопоставление изменения массового и зарядового чисел радия и радона), получаем те же выводы: утверждения под номерами 2 и 3 верны, остальные противоречат данным схемы. Ответ: 23.

Общий вывод из всех трёх примеров: в заданиях с цепочками радиоактивного распада главное — не полагаться на память о «типичных» фактах, а каждый раз пересчитывать число частиц по формулам сохранения массового и зарядового чисел и сверять периоды полураспада именно с той таблицей значений, которая дана на конкретной схеме.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница между «стабильным» и «долгоживущим». Изотоп с большим периодом полураспада (например, уран-234) всё равно радиоактивен, если он продолжает распадаться дальше по схеме. Стабилен только конечный продукт цепочки.
• Неверный подсчёт частиц без проверки заряда. Легко посчитать только альфа-частицы по разнице массовых чисел и забыть проверить баланс зарядов, что приводит к ошибке в числе бета-частиц.
• Смешивание типа распада по внешнему виду стрелки. Между соседними изотопами схемы иногда нужно самостоятельно определить, альфа- или бета-распад произошёл, — для этого обязательно считать разницу массового и зарядового чисел, а не угадывать.
• Игнорирование единиц измерения на графиках. Ошибки возникают, если не заметить, что ось времени дана в минутах, а не в секундах, или что температура указана в кельвинах.
• Выбор утверждения «по общему смыслу», а не по данным. Утверждение может быть физически верным в общем случае, но не соответствовать конкретным числам на графике или схеме — такие утверждения отбраковываются.
• Добавление третьего варианта ответа «на всякий случай». Любой лишний или неверный номер обнуляет весь балл за задание, поэтому нужно быть уверенным именно в двух выбранных утверждениях.

Как готовиться

• Разобрать по отдельности графики каждого типа: зависимость координаты и скорости от времени, зависимость температуры от времени при нагревании и охлаждении, вольт-амперные характеристики, ход лучей через линзы, схемы цепочек радиоактивного распада.
• Тренироваться считать число альфа- и бета-частиц в цепочках распада по формулам сохранения массового и зарядового чисел, не полагаясь на память об известных цепочках.
• Выучить типичные периоды полураспада изотопов, встречающихся в цепочке урана-238 (особенно тот факт, что самый короткоживущий изотоп в этой цепочке — полоний-214).
• Решать варианты по всем пяти подтемам вперемешку, чтобы не привыкать к одному типу графика и уверенно переключаться между механикой, термодинамикой, электромагнетизмом, оптикой и квантовой физикой.
• После выбора двух утверждений всегда возвращаться к исходным данным графика или схемы и проверять каждое слово формулировки — числа, направления, названия величин — прежде чем записывать окончательный ответ.