Задание 2 ОГЭ по физике: принцип действия приборов и технических устройств

Что проверяет задание

Задание 2 проверяет умение связывать устройство технического прибора с физическим явлением, которое лежит в основе его работы. Это не расчётная задача — здесь не нужно вычислять по формулам, нужно понимать суть явлений: что происходит внутри прибора и почему он работает именно так.

Проверяются знания из разных разделов курса физики 7–9 классов: механика (давление, сообщающиеся сосуды, атмосферное давление), электричество и магнетизм (действие тока, взаимодействие зарядов и магнитов), тепловые явления (расширение тел, теплопередача). Задание построено так, чтобы отличить формальное знание формул от понимания физического смысла процессов.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца».

Даются два столбца:

• левый — названия приборов (обычно две позиции, А и Б);
• правый — формулировки физических явлений (обычно четыре варианта, из которых нужно выбрать два, по одному для каждого прибора).

Ответ записывается как последовательность из двух цифр без пробелов, например «34» или «12» — цифра на первом месте соответствует букве А, на втором — букве Б.

За полностью верный ответ даётся 1 балл. Частично верного ответа (например, угадана только одна буква) не засчитывается — балл ставится только за полное совпадение обеих позиций с эталоном.

Что нужно знать

Механика и давление

• Давление: $p = \dfrac{F}{S}$
• Давление столба жидкости: $p = \rho g h$
• Закон Паскаля: давление, создаваемое в жидкости или газе, передаётся во все точки без изменения — на этом принципе работает гидравлический пресс.
• Атмосферное давление действует во всех направлениях и уменьшается с высотой — на этом основана работа насосов, присосок, шприцев.
• Сообщающиеся сосуды: жидкость в них устанавливается на одном уровне (если плотность одинакова) — принцип работы шлюзов, водомерного стекла.
• Закон Архимеда: $F_A = \rho g V$ — принцип действия ареометра, поплавковых указателей уровня.

Электричество

• Взаимодействие электрических зарядов (закон Кулона): $F = k \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$ — принцип действия электрометра, электроскопа.
• Тепловое действие тока: $Q = I^2 R t$ — принцип действия ламп накаливания, электрических нагревателей, предохранителей, плавких вставок.
• Действие магнитного поля на проводник с током (сила Ампера): $F = BIL$ — принцип действия электродвигателя, громкоговорителя, электроизмерительных приборов со стрелкой (амперметр, вольтметр).
• Явление электромагнитной индукции — принцип действия генератора электрического тока, трансформатора, индукционной плиты.
• Взаимодействие постоянных магнитов — принцип действия компаса (магнитная стрелка ориентируется по магнитному полю Земли, взаимодействуя с ним как с постоянным магнитом).

Тепловые явления

• Тепловое расширение тел при нагревании — принцип действия жидкостного термометра, биметаллической пластины в терморегуляторах.
• Испарение и конденсация — принцип действия психрометра, холодильных установок.

Волновые и оптические явления

• Отражение и преломление света — принцип действия перископа, очков, фотоаппарата, зеркал заднего вида.
• Распространение звука и эхо — принцип действия эхолота, гидролокатора.

Методы решения

Метод 1. Разбор устройства «по назначению». Сначала определите, для чего служит прибор (измеряет заряд, направление, давление, температуру), а затем вспомните, какое явление даёт такую функцию. Пример: прибор для обнаружения и измерения электрического заряда — это электрометр, а обнаружение заряда возможно только через взаимодействие зарядов (притяжение/отталкивание), значит явление — «взаимодействие электрических зарядов».

Метод 2. Метод ключевых слов в формулировках явлений. В правом столбце обычно есть формулировки-подсказки: «давление», «атмосферное», «сообщающиеся сосуды», «магниты», «заряды», «тепловое расширение». Нужно сопоставить ключевое слово из названия прибора с ключевым словом явления. Пример: «поршневой насос» — слово «поршень» указывает на изменение объёма и, соответственно, на использование атмосферного давления для подъёма жидкости.

Метод 3. Исключение явно неподходящих вариантов. Если в списке явлений есть явно «механические» варианты, а прибор электрический — сразу отбрасывайте эти пункты, сужая выбор. Пример: если среди явлений есть «тепловое расширение жидкостей» и «взаимодействие зарядов», а прибор — компас, оба варианта не подходят, ищем магнитное взаимодействие.

Метод 4. Сравнение похожих приборов. Часто в задании встречаются два похожих устройства (например, гидравлический пресс и поршневой насос), которые работают на разных принципах, хотя оба связаны с жидкостью. Нужно чётко различать: пресс передаёт давление внутри жидкости (закон Паскаля), а насос — использует разницу атмосферного давления. Пример: гидравлический пресс — «передача давления внутри жидкости»; поршневой насос — «действие атмосферного давления».

Метод 5. Опора на бытовой опыт. Многие приборы знакомы из повседневной жизни (термометр, компас, весы) — вспомните, как они выглядят и что происходит при их использовании, это часто быстрее, чем формальный анализ формулировок.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитайте название каждого прибора в левом столбце и вспомните его назначение и внешний вид.
2. Прочитайте все варианты явлений в правом столбце, отметьте ключевые слова (заряды, магниты, давление, тепло, сообщающиеся сосуды и т. п.).
3. Для прибора А подберите наиболее точное явление, обосновывая выбор конкретным физическим механизмом работы, а не общими ассоциациями.
4. Проверьте, не совпадает ли выбранное явление с тем, что логичнее подходит прибору Б — при совпадении нужно перераспределить варианты.
5. Повторите шаг 3–4 для прибора Б.
6. Убедитесь, что оба выбранных явления действительно из предложенного списка и не «придуманы» по ассоциации.
7. Запишите цифры в порядке букв А, Б без пробелов и разделительных знаков.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: установить соответствие между приборами А) электрометр, Б) компас и явлениями: 1) тепловое действие тока; 2) взаимодействие проводника с током и постоянного магнита; 3) взаимодействие электрических зарядов; 4) взаимодействие постоянных магнитов.

Шаг 1. Электрометр — прибор для обнаружения и измерения электрического заряда. Его работа основана на том, что заряженное тело отталкивает или притягивает подвижную стрелку прибора, которая тоже получает заряд. Это классическое взаимодействие электрических зарядов, то есть вариант 3.

Шаг 2. Компас — прибор с магнитной стрелкой, которая устанавливается вдоль магнитного поля Земли. Здесь работает взаимодействие двух магнитов: стрелки (постоянный магнит) и магнитного поля планеты, которое можно рассматривать как поле гигантского постоянного магнита. Это вариант 4.

Шаг 3. Проверка: варианты 1 и 2 связаны с электрическим током, а ни электрометр, ни компас с током не работают (в компасе нет тока, в электрометре измеряется статический заряд без протекания тока). Значит, эти варианты не подходят ни к одному прибору — они лишние по замыслу задания.

Ответ: А—3, Б—4, то есть «34».

Пример 2. Условие: установить соответствие между приборами А) шлюзы, Б) поршневой жидкостный насос и явлениями: 1) передача давления внутри жидкости; 2) действие атмосферного давления; 3) уменьшение атмосферного давления с высотой; 4) поведение жидкости в сообщающихся сосудах.

Шаг 1. Шлюз — это система камер с воротами, которая позволяет судам переходить между участками водного пути с разным уровнем воды. Принцип действия: вода заполняет камеру шлюза до тех пор, пока её уровень не сравняется с уровнем соседнего участка — это классическое поведение жидкости в сообщающихся сосудах, вариант 4.

Шаг 2. Поршневой жидкостный насос поднимает воду за счёт того, что при движении поршня вверх под ним создаётся разрежение, и атмосферное давление снаружи «толкает» воду вверх по трубе. Это действие атмосферного давления, вариант 2.

Шаг 3. Проверка: вариант 1 (передача давления внутри жидкости, закон Паскаля) не подходит ни шлюзу, ни насосу — этот принцип характерен для гидравлического пресса. Вариант 3 (уменьшение давления с высотой) тоже не связан ни с одним из этих устройств напрямую.

Ответ: А—4, Б—2, то есть «42».

Пример 3. Условие: установить соответствие между приборами А) гидравлический пресс, Б) поршневой жидкостный насос и явлениями: 1) передача давления внутри жидкости; 2) действие атмосферного давления; 3) уменьшение атмосферного давления с высотой; 4) тепловое расширение жидкостей.

Шаг 1. Гидравлический пресс состоит из двух цилиндров разного сечения, соединённых жидкостью. Давление, приложенное к малому поршню, по закону Паскаля передаётся без изменения по всей жидкости и действует на большой поршень, создавая большую силу: $p_1 = p_2$, где $p = F/S$. Это именно «передача давления внутри жидкости», вариант 1.

Шаг 2. Поршневой жидкостный насос, как и в предыдущем примере, работает за счёт разницы атмосферного давления при движении поршня — вариант 2.

Шаг 3. Проверка: вариант 3 (уменьшение атмосферного давления с высотой) не связан с этими устройствами, вариант 4 (тепловое расширение жидкостей) относится к термометрам, а не к прессу или насосу — эти варианты правильно исключены.

Ответ: А—1, Б—2, то есть «12».

Во всех трёх примерах виден общий приём: сначала определить физический процесс, происходящий внутри устройства, а затем найти в списке формулировку, максимально точно описывающую именно этот процесс, отбрасывая варианты из другой темы (ток, тепло, магниты и т. д.), если они явно не подходят по смыслу.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница похожих приборов. Гидравлический пресс и поршневой насос оба связаны с жидкостью, но работают на разных принципах — важно различать передачу давления (закон Паскаля) и действие атмосферного давления.
• Ошибка «по звучанию». Слово «атмосферное» в формулировке иногда притягивает внимание к любому прибору с воздухом или жидкостью, хотя по факту принцип другой (например, сообщающиеся сосуды в шлюзах).
• Незнание устройства прибора. Если не представлять, как физически работает прибор (например, компас, электрометр), легко перепутать взаимодействие зарядов с взаимодействием магнитов или тока.
• Игнорирование «лишних» вариантов явлений. В списке явлений всегда два варианта — правильные, два — отвлекающие. Не нужно пытаться подобрать явление к каждому пункту списка, важно выбрать наиболее точное соответствие только для двух приборов.
• Перепутанный порядок записи ответа. Цифры нужно писать строго в порядке букв А, Б — если перепутать порядок, ответ засчитан не будет, даже если оба соответствия определены верно.
• Поверхностное чтение формулировок явлений. Формулировки могут быть очень похожи (например, «передача давления внутри жидкости» и «действие атмосферного давления»), нужно внимательно вникать в смысл каждой фразы.

Как готовиться

Составьте себе таблицу-словарь: прибор — принцип работы — физическое явление. Пройдите по основным группам приборов: измерительные (амперметр, вольтметр, термометр, барометр, манометр), механические устройства (насосы, шлюзы, пресс, домкрат), электрические и магнитные устройства (электромотор, генератор, трансформатор, электромагнит, компас, электрометр), оптические приборы (перископ, фотоаппарат, лупа). Для каждого прибора кратко сформулируйте одно-два предложения о том, как он работает и какое явление лежит в основе.

Полезно разбирать устройство приборов не только по учебнику, но и представляя их работу «в живую»: как движется поршень, куда устремляется жидкость, как отклоняется стрелка. Такое наглядное понимание запоминается лучше формальных определений.

Решайте побольше тренировочных заданий этого типа, обращая внимание на пары «похожих» приборов — именно на них чаще всего строятся ловушки составителей. После каждой ошибки возвращайтесь к теории и разбирайтесь, почему выбранное явление не подходило, а не просто запоминайте правильный ответ.

Держите под рукой краткий справочник формул и определений из раздела «Что нужно знать» — перед экзаменом полезно повторить его целиком, чтобы быстро вспоминать связку «прибор — явление» без долгих раздумий.