Задание 16 ОГЭ физика: интерпретация результатов опытов

Что проверяет задание

Задание 16 проверяет умение работать не с абстрактной формулой, а с конкретным экспериментальным материалом: графиком, таблицей, схемой опыта, диаграммой распада ядра или шкалой электромагнитных волн. Экзаменатор хочет увидеть, что ты умеешь: 1) правильно прочитать данные (оси графика, единицы измерения, подписи на схеме); 2) связать эти данные с физическим законом из одной из пяти областей — механика, термодинамика, электромагнетизм, оптика, квантовая физика; 3) отделить утверждения, которые следуют из данных, от тех, что противоречат им или просто не подтверждаются рисунком.

Задание не требует вычислений «в столбик» — оно требует качественного анализа: сравнить величины, понять тенденцию, применить закон сохранения или закон пропорциональности. Часто в одном задании смешиваются верные по смыслу, но неверные по формулировке утверждения (например, перепутаны частицы при распаде или неверно указано направление зависимости на графике).

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «На рисунке (графике, схеме, шкале) показано... Используя данные, выберите из предложенного перечня утверждений два верных. Запишите их номера». Перечень содержит пять пронумерованных утверждений, среди которых ровно два соответствуют условию.

Ответ записывается двумя цифрами без пробелов и знаков препинания, порядок цифр не важен (например, 23 и 32 засчитываются одинаково). За полностью верный ответ дают 2 балла. Если из двух указанных цифр верна только одна и лишних цифр нет — начисляется 1 балл. Если указаны обе цифры, но хотя бы одна неверна, или указано больше двух цифр — 0 баллов. Поэтому важно писать ровно два номера, даже если кажется, что подходят три варианта — нужно выбрать два самых очевидных.

Что нужно знать

• Радиоактивный распад: при $\alpha$-распаде массовое число уменьшается на 4, зарядовое — на 2: $^{A}_{Z}X \to {}^{A-4}_{Z-2}Y + {}^{4}_{2}He$. При $\beta$-распаде массовое число не меняется, зарядовое увеличивается на 1: $^{A}_{Z}X \to {}^{A}_{Z+1}Y + e^{-}$.
• Закон сохранения массового и зарядового чисел в любой ядерной реакции: сумма A слева равна сумме A справа, сумма Z слева равна сумме Z справа.
• Связь длины волны, частоты и скорости: $c = \lambda \nu$, где $c \approx 3\times10^{8}$ м/с — скорость света в вакууме, одинаковая для всех видов электромагнитного излучения.
• Порядок диапазонов шкалы ЭМВ по возрастанию частоты: радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение; длина волны при этом убывает.
• Уравнение равноускоренного движения: $v = v_0 + at$, $s = v_0 t + \dfrac{at^2}{2}$.
• Второй закон Ньютона: $F = ma$.
• Закон сохранения энергии: $E_к + E_п = \text{const}$, где $E_к = \dfrac{mv^2}{2}$, $E_п = mgh$.
• Закон Гука: $F_{упр} = kx$.
• Уравнение теплового баланса: $Q = cm\Delta T$; при фазовых переходах $Q = \lambda m$ (плавление), $Q = Lm$ (парообразование).
• Закон Ома для участка цепи: $I = \dfrac{U}{R}$; мощность тока: $P = UI = I^2R$.
• Закон Кулона: $F = k\dfrac{q_1 q_2}{r^2}$.
• Явление электромагнитной индукции: ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
• Закон преломления света: $\dfrac{\sin\alpha}{\sin\beta} = n$; формула тонкой линзы: $\dfrac{1}{F} = \dfrac{1}{d} + \dfrac{1}{f}$.

Эти формулы нужны не для расчётов, а для качественной оценки: если график показывает прямую пропорциональность, значит величины связаны линейно, как в законе Ома или Гука; если распад даёт частицу с зарядом +2 и массой 4, это альфа-частица, и так далее.

Методы решения

Метод сохранения чисел A и Z (ядерные превращения). Записываешь исходное ядро и конечное, находишь разницу масс и зарядов, определяешь тип и количество частиц. Пример: $^{238}_{92}U \to {}^{234}_{90}Th + X$. Разница масс 4, разница зарядов 2 — значит X это $^{4}_{2}He$, альфа-частица.

Метод считывания графика по осям. Смотришь, что отложено по осям, определяешь характер зависимости (линейная, квадратичная, обратная), сопоставляешь с известной формулой. Пример: если на графике зависимости пути от времени линия — прямая через начало координат, движение равномерное, $v = s/t = \text{const}$.

Метод сравнения через формулу-связку. Когда нужно сравнить два процесса или объекта по разным параметрам, но связанным одной формулой. Пример: $c=\lambda\nu$ позволяет по частоте определить участок шкалы ЭМВ и сравнить длины волн, не вычисляя их точное значение.

Метод анализа таблицы экспериментальных данных. Проверяешь, есть ли пропорциональность или обратная пропорциональность между столбцами, ищешь закономерность (например, при увеличении силы тока в два раза мощность увеличивается в четыре — значит $P \sim I^2$, что соответствует закону Джоуля-Ленца).

Метод последовательного исключения. Читаешь каждое утверждение и проверяешь его на явное противоречие с данными или законом (например, утверждение о том, что скорость гамма-лучей в вакууме больше скорости радиоволн, заведомо неверно, так как скорость всех ЭМВ в вакууме одинакова).

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать условие и определить, что показано: график, таблица, схема распада или шкала.
2. Выписать все числовые данные и подписи с рисунка (единицы измерения обязательно учитывать).
3. Определить, какой физический закон или формула связывает эти данные.
4. Прочитать все пять утверждений, отметить ключевое слово или число в каждом.
5. Для каждого утверждения проверить его на соответствие закону и рисунку — не додумывать то, чего нет на схеме.
6. Отбросить утверждения, которые верны «вообще», но не следуют именно из этого рисунка.
7. Выбрать два утверждения, которые точно подтверждаются и данными, и физикой.
8. Записать номера без лишних символов, ровно два.

Разбор примеров

Пример 1 и 2 (радиоактивный распад).

Условие: изотоп тория $^{232}_{90}Th$ через частицу X превращается в промежуточный элемент, а тот через частицу Y — в изотоп радия $^{224}_{88}Ra$ (полная схема с промежуточными звеньями показана на рисунке).

Шаг 1. Смотрим на первый переход: массовое число уменьшается на 4, зарядовое — на 2. Значит частица X — это $^{4}_{2}He$, ядро гелия, альфа-частица. Это соответствует утверждению 2 из первого перечня и утверждению 1 из второго перечня.

Шаг 2. Следующее звено цепочки — распад актиния $^{228}_{89}Ac$. При бета-распаде массовое число не меняется, а зарядовое увеличивается на 1 (ядро отдаёт электрон, один нейтрон превращается в протон). Значит частица Y — электрон, бета-частица. Это соответствует утверждению 3 из первого перечня и утверждению 4 из второго.

Шаг 3. Проверяем остальные варианты на противоречие: утверждение о том, что X — бета-частица, неверно, потому что при бета-распаде масса ядра не меняется, а в схеме масса уменьшается на 4. Утверждение про протон и позитрон в обоих перечнях не соответствует физике распада тория.

Итоговый ответ для первого перечня: 2 и 3. Для второго перечня: 1 и 4. Метод один и тот же — сохранение массового и зарядового чисел на каждом отдельном звене цепочки, а не для всей схемы целиком.

Пример 3 (шкала электромагнитных волн).

Условие: дана шкала ЭМВ с диапазонами частот и длин волн. Нужно выбрать два верных утверждения.

Шаг 1. Утверждение 1: частота 3000 кГц = $3\times10^{6}$ Гц. Это диапазон, который на шкале целиком относится к радиоволнам. Пересечения с другими диапазонами на этой частоте нет — утверждение верно.

Шаг 2. Утверждение 2: скорость распространения в вакууме у всех электромагнитных волн одинакова и равна $c$, поэтому гамма-лучи не могут иметь «наибольшую» скорость — утверждение неверно.

Шаг 3. Утверждение 3: частота $10^{5}$ ГГц = $10^{14}$ Гц. По формуле $\lambda = c/\nu = 3\times10^{8}/10^{14} \approx 3\times10^{-6}$ м = 3 мкм. Это дальняя инфракрасная область, а не граница с видимым светом (видимый свет начинается примерно с 0,4–0,7 мкм, то есть на более высоких частотах). Утверждение неверно.

Шаг 4. Утверждение 4: рентгеновские лучи имеют более высокую частоту и, соответственно, меньшую длину волны, чем ультрафиолет — утверждение перевёрнуто, неверно.

Шаг 5. Утверждение 5: видимый свет действительно занимает диапазон длин волн порядка десятых долей микрометра (0,4–0,76 мкм) — утверждение верно.

Итоговый ответ: 1 и 5.

Типичные ошибки и ловушки

• Перепутать направление зависимости зарядового и массового числа при альфа- и бета-распаде — стоит всегда явно выписывать A и Z до и после.
• Считать, что скорость электромагнитной волны в вакууме зависит от частоты или длины волны — это неверно, скорость всегда $c$.
• Путать инфракрасное и видимое излучение по числовым границам, не пересчитывая частоту в длину волны через $c=\lambda\nu$.
• Выбирать утверждение, которое физически верно само по себе, но не следует из конкретного рисунка или графика в задании.
• Указывать больше двух номеров «на всякий случай» — это гарантированно снижает балл до нуля.
• Игнорировать единицы измерения (кГц, МГц, ГГц) и путать порядки величин при переводе в СИ.
• При анализе графика забывать посмотреть подписи осей и единицы, из-за чего неверно определяется характер зависимости.

Как готовиться

Разбирай задания по каждой из пяти подтем отдельно: сначала реши десяток задач только на радиоактивный распад, добиваясь автоматизма в подсчёте A и Z, затем перейди к шкале электромагнитных волн, механическим графикам, тепловым таблицам и электрическим схемам. Заведи таблицу опорных формул и держи её перед глазами при тренировке — постепенно формулы запомнятся сами через практику.

Отдельно потренируйся на скорость: время на задание ограничено, поэтому важно быстро выписывать A, Z, единицы измерения и сверяться с законом, не тратя время на лишние вычисления. После решения каждой тренировочной задачи проверяй оба выбранных утверждения ещё раз против условия — часто ошибка кроется не в физике, а в невнимательном чтении формулировки. Регулярный разбор реальных вариантов ОГЭ прошлых лет по этой теме — самый надёжный способ довести навык интерпретации данных до автоматизма.