Какие задания по квантовой физике есть в ЕГЭ
В ЕГЭ по физике квантовый раздел — это фотоэффект, строение атома и излучение фотонов, радиоактивный распад и ядерные реакции. Формул здесь немного, задачи короткие и однотипные, поэтому раздел учится быстрее механики или электродинамики. Хватит пары недель спокойной работы: выучить несколько законов, разобрать типовые задачи и прорешать их на тренажёре. Точный состав заданий сверяй с актуальным кодификатором и демоверсией на сайте ФИПИ.
Почему квантовую физику оставляют на угадывание
Знакомая история: в сентябре ты бодро начинаешь с кинематики, к зиме застреваешь в электричестве, а весной понимаешь, что до квантов и ядра так и не дошёл. На пробнике открываешь задачу про фотоэффект, видишь незнакомые буквы и ставишь что-то наугад. Обидно, потому что это не самая сложная часть экзамена — просто она стоит в конце учебника и в конце школьной программы.
Вторая причина — страх перед словом «квантовая». Кажется, что там что-то запредельное, из научно-популярных роликов про кота Шрёдингера. На деле школьная квантовая физика — это несколько законов сохранения и пара формул, которые применяются почти механически. Никаких волновых функций и сложной математики в ЕГЭ нет. Есть энергия фотона, работа выхода, уровни атома и подсчёт массовых чисел.
Третья причина — в школе этот раздел часто проходят бегло, потому что время в конце года уходит на повторение. Учитель успевает дать формулы, но не успевает отработать задачи. В итоге формулы где-то в тетради есть, а навыка нет. Хорошая новость в том, что именно здесь навык нарабатывается быстрее всего: задачи похожи друг на друга, и после десятка решённых шаблон становится очевидным.
Фотоэффект на ЕГЭ: уравнение Эйнштейна простыми словами
Фотоэффект — это когда свет выбивает электроны из металла. Вся тема держится на одном уравнении Эйнштейна: энергия фотона hν тратится на работу выхода A и на кинетическую энергию вылетевшего электрона. Записывается это как hν = A + Eк. Если энергии фотона не хватает даже на работу выхода, электроны не вылетают вообще, сколько бы света ты ни добавил. Это главный смысл, который проверяют в теоретических вопросах.
Отсюда вытекает красная граница фотоэффекта — минимальная частота или максимальная длина волны, при которой эффект ещё есть. На красной границе кинетическая энергия равна нулю, значит hν = A. Вторая частая связка — запирающее напряжение: электрическое поле останавливает самые быстрые электроны, и тогда eU равно их максимальной кинетической энергии. Запомни эти три формулы — и большая часть задач на фотоэффект решается в две строки.
Типичная ловушка — интенсивность света. Если увеличить яркость при той же частоте, больше станет число выбитых электронов и сила фототока, но их максимальная кинетическая энергия не изменится. Она зависит только от частоты света и материала. На этом строятся вопросы «как изменится», где нужно выбрать «увеличится, уменьшится или не изменится». Разберись с этим один раз — и такие вопросы перестанут быть лотереей.
Строение атома и излучение фотонов: что нужно знать
Модель атома в школьном курсе — планетарная, с постулатами Бора. Электрон в атоме может находиться только на определённых энергетических уровнях. Когда он переходит с более высокого уровня на более низкий, атом излучает фотон, энергия которого равна разности энергий уровней: hν = Em − En. При поглощении фотона всё наоборот — электрон поднимается выше. Вот и вся физика, которую нужно держать в голове.
Задачи по этой теме обычно дают схему уровней энергии и спрашивают, какой переход соответствует излучению с наибольшей частотой или наименьшей длиной волны. Логика простая: чем больше разность уровней, тем больше энергия фотона, тем выше частота и короче длина волны. Связь частоты и длины волны через скорость света ν = c/λ — ещё одна формула, которую стоит знать наизусть.
Отдельно повтори опыт Резерфорда: альфа-частицы, пролетая через тонкую фольгу, иногда отклонялись на большие углы, и это показало, что положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в маленьком ядре. В заданиях это встречается как теоретический вопрос на понимание. Здесь не нужно ничего считать — достаточно знать, какой вывод сделали из опыта и почему старая модель атома не подошла.
Радиоактивный распад: альфа, бета и период полураспада
При альфа-распаде ядро выбрасывает альфа-частицу — ядро гелия. Массовое число уменьшается на четыре, зарядовое на два, и элемент сдвигается в таблице Менделеева на две клетки назад. При бета-минус-распаде из ядра вылетает электрон: массовое число не меняется, а заряд растёт на единицу. Гамма-излучение не меняет ни массу, ни заряд — это просто фотон высокой энергии.
Задачи на цепочки распадов решаются подсчётом. Сначала по разнице массовых чисел находишь, сколько было альфа-распадов, потому что менять массу умеет только альфа. Потом смотришь, как изменился заряд: альфа-распады уменьшили его на известную величину, а остаток объясняется бета-распадами. Это чистая арифметика, никакой интуиции не нужно. Пара таких задач — и ты делаешь их на автомате.
Период полураспада T — время, за которое распадается половина ядер. Закон записывается как N = N0 · 2^(−t/T). На практике в задачах удобно считать, сколько периодов прошло: за один период остаётся половина, за два — четверть, за три — восьмая часть. Важно понимать, что распад случаен для отдельного ядра и предсказуем только для большого их числа. Об этом тоже спрашивают в теоретических вопросах.
Ядерные реакции и энергия связи: как не запутаться
В любой ядерной реакции сохраняются два числа: сумма массовых чисел и сумма зарядов слева и справа. Поэтому задача «найди неизвестную частицу» решается вычитанием. Считаешь массовые числа и заряды до реакции, вычитаешь известное после, и получаешь параметры неизвестного: нейтрон, протон, электрон, альфа-частица или ядро какого-то элемента. Держи под рукой обозначения основных частиц — это половина успеха.
Энергия связи ядра — это энергия, которую нужно затратить, чтобы разобрать ядро на отдельные протоны и нейтроны. Она связана с дефектом масс: масса ядра меньше суммы масс его нуклонов, и эта разница по формуле E = Δmc² превращается в энергию. В расчётных задачах главное — аккуратно перевести единицы массы и не потерять множитель. Если ошибёшься здесь, ответ будет отличаться на порядки.
Ещё полезно понимать, откуда берётся энергия в реакциях деления и синтеза. Тяжёлые ядра при делении и лёгкие при слиянии переходят в состояние с большей удельной энергией связи, и разница выделяется. Это объясняет, как работают атомные электростанции и почему светит Солнце. В ЕГЭ такие вещи чаще проверяют вопросами на понимание, чем сложными вычислениями.
Как выучить квантовую и ядерную физику за две недели
Первая неделя — теория и формулы. Раздели её на четыре блока: фотоэффект, атом, распад, ядерные реакции. На каждый блок — день-два. Выпиши формулы на одну карточку, прочитай теорию и сразу реши несколько простых задач, чтобы понять, как формула работает. Не пытайся читать всё подряд из учебника — тебе нужно ровно то, что входит в кодификатор, а не весь курс атомной физики.
Вторая неделя — практика и ловушки. Решай задачи вперемешку из всех четырёх блоков, чтобы научиться с первого взгляда понимать, какая это тема. Каждую ошибку записывай: перепутал частоту с длиной волны, забыл, что яркость не влияет на энергию электронов, потерял заряд в цепочке. К концу недели у тебя будет список своих типичных промахов, и ты будешь видеть их ещё до того, как совершишь.
Чтобы не собирать теорию и задачи по разным сайтам, открой раздел ЕГЭ на Prepodoff: там бесплатно есть теория по темам ФИПИ, тренажёры и разборы. Квантовая и ядерная физика там идёт отдельными темами, так что можно пройти её целиком за эти две недели. Если заведёшь аккаунт, прогресс сохранится и будет видно, какие темы уже закрыты, а к каким стоит вернуться.
Можно ли выучить квантовую физику, если не знаешь остальную физику
Да, и это один из самых приятных фактов про этот раздел. Квантовая и ядерная физика почти не опирается на механику и электродинамику. Тебе нужны понятия энергии, заряда, частоты и длины волны, а также умение подставлять числа в формулу. Поэтому если ты застрял в середине курса, имеет смысл параллельно пройти кванты — это быстрые баллы, которые не зависят от того, разобрался ли ты с индукцией.
Единственное место, где пригодятся знания из других тем, — запирающее напряжение и работа поля, которые связаны с электричеством. Но там достаточно одной формулы eU, ничего больше. Так что не жди, пока дойдёшь до конца учебника: начни с конца, выучи раздел за пару недель и вернись к остальному уже с ощущением, что хоть часть экзамена у тебя под контролем.
Что делать, если не хватает времени даже на две недели? Тогда сосредоточься на самом шаблонном: уравнение Эйнштейна, правила смещения при распадах и закон сохранения в ядерных реакциях. Это задачи, которые решаются по одной схеме. Даже несколько вечеров на тренажёре дадут больше, чем угадывание, и ты перестанешь пропускать эти задания на экзамене.
Итог: короткий раздел, который стоит выучить первым
Квантовую физику оставляют на угадывание не потому, что она сложная, а потому, что до неё не доходят. При этом раздел небольшой: фотоэффект, атом, распад и ядерные реакции укладываются в несколько формул и пару десятков типовых задач. Это тот случай, когда две недели спокойной работы дают понятный и стабильный результат на экзамене.
Начни с карточки формул, разбери ловушки и закрепи всё практикой. Теорию по темам ФИПИ, тренажёры и разборы по квантовой и ядерной физике ты найдёшь в разделе ЕГЭ на Prepodoff — бесплатно. Заведи аккаунт, чтобы сохранять прогресс, и пройди раздел до конца, пока остальные ещё думают, что до него можно не доходить.
