Исследование… — Задание 20 ЕГЭ по физике №00043118

Задача на планирование опыта. Хотим узнать, как объём газа под поршнем зависит от молярной массы газа, то есть от того, какой это газ. Честный опыт устроен так: меняем только исследуемую величину, а всё остальное, что тоже влияет на объём, оставляем одинаковым — иначе непонятно, что именно изменило результат.

Что влияет на объём? Из уравнения Менделеева — Клапейрона $pV=\dfrac{m}{M}RT$: $$V=\dfrac{mRT}{Mp}$$ Объём зависит от массы $m$, температуры $T$, давления $p$ и молярной массы $M$.

Массы по условию равны. Значит, у двух сосудов должны совпадать давление и температура, а газы — различаться (у азота и кислорода разные молярные массы).

Смотрим таблицу. Сосуд 1: $100$ кПа, $280$ К, азот. Сосуд 3: $100$ кПа, $280$ К, кислород. Давление и температура одинаковые, газы разные — это нужная пара.

Остальные не подходят: у сосудов 2 и 4 при разных газах различаются ещё и температуры ($270$ и $300$ К), а сосуд 5 с азотом не совпадает ни с одним кислородным сосудом ни по давлению, ни по температуре.

Проверим себя: у сосудов 1 и 3 разнится только газ — значит, разница в объёмах будет вызвана только молярной массой. Нужны сосуды 1 и 3.