Исследование… — Задание 20 ЕГЭ по физике №00048093

Что тут происходит: шар греют в кипятке до $100\,^\circ$C и опускают в калориметр. Чем больше теплоты шар получил в кипятке, тем больше он потом отдаст воде и тем сильнее её нагреет. Нам надо выбрать два опыта, по которым видно: теплота зависит от массы шара.

Количество теплоты при нагревании:

$$Q=cm\Delta t$$

Оно зависит от вещества (удельная теплоёмкость $c$), массы $m$ и изменения температуры $\Delta t$.

Шаг 1. Меняться у пары должна масса шара. На рисунке это размер: шары из одного металла, но разного размера, имеют разную массу.

Шаг 2. Вещество должно быть одним: если металлы разные, разница в нагреве воды может прийти от разной теплоёмкости. Значит, оба шара чугунные или оба алюминиевые.

Шаг 3. Вода в калориметре: по ней мы и судим о полученной шаром теплоте. Если воды разное количество, то одна и та же теплота нагреет её по-разному. Поэтому уровень воды в калориметре у пары тоже должен совпадать. Кипяток у всех $100\,^\circ$C — начальный нагрев шаров одинаков.

Шаг 4. Перебираем. Чугунные шары: в опытах 1 и 2 маленькие, в опыте 5 — большой. Опыты 1 и 2 с одинаковыми шарами не годятся (масса одна). Опыт 1 и опыт 5: уровни воды в калориметрах разные — не годятся. Опыты 2 и 5: шары разного размера, уровень воды одинаковый — подходят. Алюминиевые шары: в опыте 3 большой, в опыте 4 маленький, но воды в калориметрах налито по-разному — не годятся.

Итог: опыты 2 и 5.

Проверим себя: в паре 2–5 отличается только размер (масса) чугунного шара, всё остальное — металл, кипяток и вода в калориметре — одинаковое.