Задание 5 ОГЭ по физике: объяснение физических явлений

Что проверяет задание

Задание 5 проверяет умение объяснять физические явления и процессы на основе теоретических знаний, а не расчётов. Здесь не нужно решать уравнения — нужно понимать суть явления: почему тело ведёт себя так, что происходит с зарядом, температурой, энергией при том или ином процессе. Проверяются четыре большие темы: квантовые явления (радиоактивный распад, строение атома), механические явления (движение, силы, давление), тепловые явления (нагревание, испарение, теплообмен) и электромагнитные явления (электрический ток, магнитное поле, индукция).

Главная особенность задания — оно теоретическое. Успех зависит от того, насколько твёрдо ты помнишь определения, законы сохранения и качественные закономерности, а не от навыка вычислений.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Задание 5 в ОГЭ по физике — это тестовый вопрос с четырьмя вариантами ответа, из которых верен только один. Формулировки обычно звучат так: «При α-распаде ядра его зарядовое число...», «Как изменится давление газа при...», «Почему при нагревании тело...». Иногда вопрос требует выбрать верное утверждение о явлении из списка.

За правильный ответ даётся 1 балл. Задание не предполагает записи решения — достаточно указать номер верного варианта. Однако именно из-за кажущейся простоты школьники часто теряют баллы на этом задании: путают знаки зарядов, направления процессов, забывают точные формулировки законов.

Что нужно знать

Квантовые явления:

• Атом состоит из ядра (протоны и нейтроны) и электронной оболочки; заряд ядра равен $+Ze$, где $Z$ — зарядовое число (число протонов).
• В нейтральном атоме суммарный заряд электронов равен по модулю заряду ядра, но имеет противоположный знак: $q_{эл} = -Ze$.
• При $\alpha$-распаде ядро испускает $\alpha$-частицу (ядро гелия, $^4_2\text{He}$): зарядовое число уменьшается на 2, массовое число — на 4. Общий вид: $^A_Z X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y + ^4_2\text{He}$.
• При электронном $\beta$-распаде ядро испускает электрон: зарядовое число увеличивается на 1, массовое число не меняется. Общий вид: $^A_Z X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y + e^- + \bar\nu$.
• Закон сохранения заряда и массового числа выполняется в любой ядерной реакции.
• Фотоэффект — вырывание электронов из вещества под действием света; чем больше частота света, тем больше энергия вырываемых электронов.

Механические явления:

• Первый закон Ньютона: тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы (или их сумма равна нулю).
• Второй закон Ньютона: $F = ma$.
• Закон сохранения импульса: $\sum p_{до} = \sum p_{после}$.
• Закон сохранения механической энергии: $E_к + E_п = \text{const}$ (без трения).
• Давление жидкости на глубине: $p = \rho g h$.
• Сила Архимеда: $F_A = \rho_{ж} g V$.

Тепловые явления:

• Внутренняя энергия тела зависит от температуры и агрегатного состояния.
• Количество теплоты при нагревании: $Q = cm\Delta t$.
• Количество теплоты при плавлении/испарении: $Q = \lambda m$ и $Q = Lm$.
• Теплообмен идёт от более нагретого тела к менее нагретому, пока температуры не выровняются.
• При испарении жидкость охлаждается, так как энергию уносят наиболее быстрые молекулы.

Электромагнитные явления:

• Электрический ток — направленное движение заряженных частиц.
• Закон Ома: $I = \dfrac{U}{R}$.
• Вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
• Явление электромагнитной индукции: изменение магнитного потока через контур вызывает в нём ЭДС индукции.
• Правило Ленца: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Методы решения

1. Метод сохранения заряда и массового числа (квантовые явления). При любой ядерной реакции суммарный заряд и суммарное массовое число до и после распада не меняются. Пример: при $\alpha$-распаде из ядра выбрасывается частица с зарядом $+2$ и массой 4, поэтому зарядовое число исходного ядра уменьшается на 2, а массовое — на 4.

2. Метод анализа сил (механические явления). Чтобы объяснить движение или равновесие тела, нужно определить, какие силы действуют, и применить законы Ньютона. Пример: почему тело плавает — потому что сила Архимеда равна силе тяжести, $F_A = mg$.

3. Метод энергетического баланса (тепловые явления). Любой тепловой процесс объясняется через переход энергии: нагревание — увеличение внутренней энергии за счёт поглощённой теплоты, охлаждение при испарении — потеря энергии быстрыми молекулами. Пример: почему вода в открытом сосуде со временем остывает — потому что испаряющиеся молекулы уносят энергию.

4. Метод правила Ленца и закона Ома (электромагнитные явления). Для качественных вопросов про ток и магнетизм полезно применять правило Ленца (направление индукционного тока) и закон Ома (связь тока, напряжения и сопротивления). Пример: при увеличении сопротивления цепи при постоянном напряжении сила тока уменьшается, согласно $I = U/R$.

5. Метод сравнения знаков и величин заряда (квантовые явления, строение атома). В нейтральном атоме заряд электронов по модулю равен заряду ядра, но противоположен по знаку. Это правило часто используется в вопросах про строение атома и ионы.

Алгоритм решения по шагам

1. Определи, к какой теме относится вопрос: квантовые, механические, тепловые или электромагнитные явления.
2. Вспомни соответствующий закон или определение — точную формулировку, а не общее представление.
3. Проверь, что вопрос спрашивает именно: направление изменения величины (увеличение/уменьшение), знак заряда, направление силы или тока.
4. Мысленно примени закон к конкретной ситуации из условия — представь процесс «в динамике».
5. Сравни полученный вывод с вариантами ответа, отбрасывая заведомо неверные.
6. Выбери вариант, который точно соответствует формулировке закона, а не тот, что «кажется логичным» на интуитивном уровне.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: при $\alpha$-распаде ядра его зарядовое число: 1) уменьшается на 2 единицы; 2) увеличивается на 2 единицы; 3) уменьшается на 4 единицы; 4) увеличивается на 4 единицы.

Шаг 1. Тема — квантовые явления, конкретно радиоактивный распад.

Шаг 2. Вспоминаем определение $\alpha$-распада: ядро испускает $\alpha$-частицу — ядро атома гелия $^4_2\text{He}$, у которой заряд $+2$, а массовое число $4$.

Шаг 3. Общая схема распада: $^A_Z X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y + ^4_2\text{He}$.

Шаг 4. Значит, зарядовое число исходного ядра $Z$ уменьшается ровно на 2 (переходит в $Z-2$), а массовое число уменьшается на 4.

Шаг 5. Вопрос спрашивает именно про зарядовое число, а не массовое. Сравниваем с вариантами: вариант 3 говорит про уменьшение на 4 — это относится к массовому числу, а не к зарядовому, поэтому он неверен для данного вопроса.

Шаг 6. Верный ответ — вариант 1: зарядовое число уменьшается на 2 единицы.

Пример 2. Условие: при электронном $\beta$-распаде ядра его зарядовое число: 1) уменьшается на 1 единицу; 2) уменьшается на 2 единицы; 3) увеличивается на 2 единицы; 4) увеличивается на 1 единицу.

Шаг 1. Тема — квантовые явления, электронный $\beta$-распад.

Шаг 2. При электронном $\beta$-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон, испуская электрон и антинейтрино: $n \rightarrow p + e^- + \bar\nu$.

Шаг 3. Общая схема распада: $^A_Z X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y + e^- + \bar\nu$.

Шаг 4. Число протонов в ядре увеличивается на 1 (нейтрон превратился в протон), значит зарядовое число $Z$ увеличивается на 1. Массовое число $A$ не меняется, так как общее число нуклонов (протонов и нейтронов) сохраняется — один нейтрон просто «стал» протоном.

Шаг 5. Сравниваем с вариантами: увеличение на 1 соответствует варианту 4, остальные варианты говорят про уменьшение или увеличение на 2, что не соответствует физике процесса.

Шаг 6. Верный ответ — вариант 4: зарядовое число увеличивается на 1 единицу.

Пример 3. Условие: в нейтральном атоме суммарный заряд электронов: 1) отрицательный и всегда больше по модулю заряда ядра; 2) отрицательный и равен по модулю заряду ядра; 3) положительный и равен по модулю заряду ядра; 4) может быть положительным или отрицательным, но равным по модулю заряду ядра.

Шаг 1. Тема — квантовые явления, строение атома.

Шаг 2. Атом состоит из положительно заряженного ядра (заряд $+Ze$, где $Z$ — число протонов) и электронной оболочки. Электрон имеет отрицательный элементарный заряд $-e$.

Шаг 3. По определению нейтрального атома, суммарный заряд атома равен нулю: заряд ядра компенсируется зарядом электронов.

Шаг 4. Если в атоме $Z$ электронов (равно числу протонов у нейтрального атома), то суммарный заряд электронов равен $-Ze$, то есть по модулю равен заряду ядра $+Ze$, но имеет противоположный, отрицательный знак.

Шаг 5. Проверяем варианты: вариант 1 неверен, так как заряд не «больше», а равен по модулю. Вариант 3 неверен по знаку — заряд электронов отрицательный, а не положительный. Вариант 4 слишком общий и допускает неверный случай положительного заряда.

Шаг 6. Верный ответ — вариант 2: заряд отрицательный и равен по модулю заряду ядра.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница между зарядовым числом $Z$ и массовым числом $A$ при разборе ядерных реакций: в $\alpha$-распаде часто по ошибке указывают изменение массового числа вместо зарядового, или наоборот.
• Неверное определение знака заряда электронов или ядра — забывают, что электрон заряжен отрицательно, а ядро — положительно.
• Смешение направления $\beta$-распада: при электронном $\beta$-распаде заряд увеличивается, а не уменьшается — легко ошибиться, не подумав про физический механизм (нейтрон превращается в протон).
• Формальное запоминание «формул без смысла» — если не понимать, почему заряд ядра меняется именно так, легко перепутать знаки при незнакомой формулировке вопроса.
• Невнимательное чтение вопроса: путают, спрашивают ли про заряд атома, заряд ядра или заряд электронов — это разные величины с разными знаками.
• Излишняя уверенность в интуитивных ответах без проверки по точной формулировке закона — интуиция часто подсказывает «на глаз», но в тесте нужен точный физический вывод.

Как готовиться

1. Выучи наизусть точные формулировки законов сохранения заряда, массового числа, импульса и энергии — без них невозможно уверенно решать задания на явления.
2. Разбери схемы ядерных реакций отдельно: $\alpha$-распад, электронный и позитронный $\beta$-распад — пропиши их в общем виде и решай тренировочные вопросы на каждый тип.
3. Составь себе краткий справочник по каждой из четырёх тем (механика, теплота, электромагнетизм, квантовые явления) — списком, с одной-двумя ключевыми формулами и определениями на каждое явление.
4. Решай задания именно на объяснение явлений, а не расчётные — тренируй умение отличать качественный вывод от количественного расчёта.
5. При проверке ответов всегда сверяй свой вывод с точной формулировкой закона, а не с интуитивным ощущением правильности.
6. Обращай внимание на слова в вопросе: «зарядовое число», «массовое число», «заряд атома», «заряд ядра» — это разные понятия, и путаница между ними — основная причина ошибок в этом задании.