Fizyka jądrowa – poziom podstawowy

Fizyka jądrowa
– poziom podstawowy

     
 
Zadanie 1. 
(1 pkt)

 
Źródło: CKE 2005 (PP), zad. 7.
              
       












  
  

 
 
Zadanie 2. 
(2 pkt)
Źródło: CKE 2005 (PP), zad. 13.

 

  
       


           
          
 

v
 


 


v
              
     

   


     

   
         
v   v  


 v      v         
          
        
 
       
  
          
           
  

 


 












 
 
  





1
 
 




2
Egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Arkusz I
Zadania zamkniĊte
Zadanie
18.
WĊgiel
Zadanie
3. (3
pkt)
W zadaniach
od 1.
14
pkt)
do
10.(3
wybierz
6C
Źródło: CKE
01.2006
(PP), zad. 18.
i zaznacz na karcie odpowiedzi
jedną
poprawną
14
odpowiedĨ.
Okres poáowicznego rozpadu izotopu wĊgla 6 C wynosi okoáo 5700 lat. W znalezionych
szczątkach kopalnych stwierdzono oĞmiokrotnie niĪszą zawartoĞü 146 C niĪ w atmosferze.
Zadanie
(1 pkt)zaleĪnoĞci liczby jąder promieniotwórczych zawartych w szczątkach
Naszkicuj 1.wykres
w zaleĪnoĞci
od czasu.
Rozpocznij
od chwili,
gdy szczątki
(tkanki
obumaráy)
do
Tomek
wchodzi
po schodach
z parteru
na piĊtro.
RóĪnicapowstaáy
wysokoĞci
miĊdzy
parterem
chwili
obecnej.
Początkową
liczbĊ
jąder
oznacz
przez
N
.
Zaznacz
na
wykresie
czas
a piĊtrem wynosi 3 m, a áączna dáugoĞü dwóch odcinków schodów
jest równa 6 m. Wektor
0
poáowicznego
zaniku. Oszacuj
wiek znalezionych
caákowitego
przemieszczenia
Tomka
ma wartoĞü szczątków.
A.
B.
C.
D.
N
3m
4,5 m
6m
9m
Zadanie 2. (1 pkt)
Wykres przedstawia zaleĪnoĞü wartoĞci prĊdkoĞci od czasu dla ciaáa o masie 10 kg,
spadającego w powietrzu z duĪej wysokoĞci. Analizując wykres moĪna stwierdziü, Īe podczas
pierwszych 15 sekund ruchu wartoĞü siáy oporu
t
v, m/s
50
A. jest staáa i wynosi 50 N.
B. jest staáa i wynosi 100 N.
C. roĞnie do maksymalnej wartoĞci 50 N.
D. roĞnie do maksymalnej wartoĞci 100 N.
Egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Arkusz I
5
Zadanie 3. (1 pkt)
9
10
15
20 t, s
Rysunek przedstawia linie pola elektrostatycznego ukáadu dwóch punktowych áadunków.
Analiza rysunku pozwala stwierdziü, Īe áadunki są
A.
B.
C.
D.
jednoimienne i |qA| > |qB|
jednoimienne i |qA| < |qB|
róĪnoimienne i |qA| > |qB|
róĪnoimienne i |qA| < |qB|
Zadanie 19. Drukarka atramentowa (2 pkt)
Zadanie
4. 4.
(1 pkt)
Źródło: CKE 05.2006 (PP), zad. 4
Zadanie
(1 pkt)
Maáa, naelektryzowana
porcja tuszu w drukarce zostaje wyrzucona za pomocą pola
235
Jądro
izotopu 92
zawierapapieru. Oblicz siáĊ dziaáającą w polu o natĊĪeniu E = 670
elektrycznego
wU
kierunku
A. 235
neutronów.
kroplĊ
obdarzoną
áadunkiem Q = 3 ˜ 10–13 C.
B. 327 nukleonów.
C. 143 neutrony.
D. 92 nukleony.
2
kN
C
na
12
Egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Arkusz I
Zadanie
Energia wiązania (4 pkt)
Zadanie
5. 21.
(4 pkt)
Źródło: CKE 05.2006 (PP), zad. 21.
Wykres przedstawia przybliĪoną zaleĪnoĞü energii wiązania jądra przypadającej na jeden
nukleon od liczby masowej jądra.
21.1 (2 5.1
pkt)
Zadanie
(2 pkt)
Oblicz wartoĞü energii wiązania jądra izotopu radonu (Rn) zawierającego 86 protonów
i 134 neutrony. Wynik podaj w megaelektronowoltach.
21.2 (2 5.2
pkt)
Zadanie
(2 pkt)
WyjaĞnij krótko pojĊcie jądrowego niedoboru masy („deficytu masy”). Zapisz formuáĊ
matematyczną pozwalającą obliczyü wartoĞü niedoboru masy, jeĞli znana jest energia
wiązania jądra.
Nr zadania
Wypeánia Maks. liczba pkt
egzaminator!
Uzyskana liczba pkt
3
21.1
2
21.2
2
Pole elektryczne
zakrzywia tor ruchu cząstek,
A.
przyspiesza cząstki,
B.
zakrzywia tor ruchu cząstek,
C.
D.
Zadanie 6. (1 pkt)przyspiesza cząstki,
pole magnetyczne
przyspiesza cząstki.
przyspiesza cząstki.
zakrzywia tor ruchu cząstek.
zakrzywia
tor CKE
ruchu
cząstek.
Źródło:
11.2006
(PP), zad. 9.
Pokazany obok wykres przedstawia zaleĪnoĞü
masy od czasu dla izotopu promieniotwórczego
pewnego pierwiastka w próbce. Na jego
podstawie moĪna wywnioskowaü, Īe okres
poáowicznego rozpadu tego izotopu wynosi
okoáo
A. 3 godziny.
B. 4 godziny.
C. 6 godzin.
D. 8 godzin.
masa izotopu, g
Zadanie 9. (1 pkt)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Zadanie 7. 10.
(1 pkt)
Zadanie
(1 pkt)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 t, h
Źródło: CKE 11.2006 (PP), zad. 10.
Podczas bombardowania páytki zawierającej izotop berylu 9494 Be cząstkami D otrzymano jądra
12
izotopu wĊgla 12
66 C i neutrony. Prawidáowy zapis zachodzącej reakcji to
A.
99
44
12
11
Be + 4242 He o 12
66 C + 00 n .
B.
99
44
12
11
Be + 4242 He o 12
66 C + 2 00 n .
C.
99
44
12
11
Be + 2 4242 He o 12
66 C + 2 11n .
10
D.
99
44
12
11Próbny egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Be + 2 4242 He o 12
66 C + 4 00 n .
Poziom podstawowy
Zadanie
8. 23.
(2 pkt)
Zadanie
Radioterapia (2 pkt)
Źródło: CKE 11.2006 (PP), zad. 23.
Radioterapia polega na niszczeniu komórek nowotworowych przy uĪyciu promieniowania
jądrowego emitowanego przez róĪnego rodzaju izotopy promieniotwórcze umieszczone
w pewnej odlegáoĞci od tkanek.
WyjaĞnij, odwoáując siĊ do wáasnoĞci promieniowania jądrowego Į i Ȗ, dlaczego
w radioterapii stosuje siĊ gáównie izotopy emitujące promieniowanie Ȗ, a nie korzysta siĊ
z np. izotopów emitujących promieniowanie Į.
Zadanie 24. Diagram Hertzsprunga – Russella (4 pkt)
PoniĪej przedstawiono diagram H–R (diagram H – R, Hertzsprunga – Russella). Na osi
pionowej odáoĪono stosunek mocy promieniowania gwiazdy L do mocy promieniowania
SáoĔca L, natomiast na osi poziomej typ widmowy gwiazdy, który zaleĪy od temperatury
gwiazdy. Ten sam typ widmowy oznacza taką samą temperaturĊ na powierzchni gwiazdy.
Moc promieniowania, czyli iloĞü energii wysyáanej
w jednostce czasu, zaleĪy od temperatury
4
D. promieniowania.
B. 40 kJ.
Zadanie
6. (1 pkt)
C. 50 kJ.
GdyD.w100
atomie
kJ. wodoru elektron przejdzie z orbity pierwszej na drugą, to promieĔ orbity
wzrasta czterokrotnie. WartoĞü siáy przyciągania elektrostatycznego dziaáającej pomiĊdzy
jądrem
elektronem
zmaleje w tej sytuacji
Zadaniei 9.
(1 pkt)
Źródło: CKE 2007 (PP), zad. 10.
Zadanie
10.
(1 pkt)
Trzy czwarte
początkowej liczby jąder pewnego izotopu promieniotwórczego ulega
A. 2 razy.
rozpadowi
czasie 24 godzin. Okres poáowicznego rozpadu tego izotopu jest równy
B. w
4 razy.
C. 8 razy.
A. 2 godziny.
D. 16 razy.
B. 4 godziny.
C. 8 godzin.
Zadanie
7. (1 pkt)
10
Egzamin maturalny z fizyki i astronomii
D. 12 godzin.
W cyklotronie
do zakrzywiania torów naáadowanych
cząstek wykorzystuje siĊ
Poziom podstawowy
A. staáe pole elektryczne.
Zadanie
10. (3 pkt)
21.
Reakcje
(3 pkt)
B. staáejądrowe
pole magnetyczne.
Źródło: CKE 2007 (PP), zad. 21.
27
Bombardowanie
jąder
C. zmienne
poleglinu
elektryczne.
13 Al neutronami wywoáuje róĪne skutki w zaleĪnoĞci od ich
D. zmienne
magnetyczne.
prĊdkoĞci.
Powolne pole
neutrony
zostają pocháoniĊte przez jądra glinu. Neutrony o wiĊkszych
prĊdkoĞciach powodują powstanie jąder magnezu (Mg) i emisjĊ protonów. Jeszcze szybsze
Zadanie 8. (1 pkt)
neutrony wyzwalają emisjĊ cząstek Į i powstanie jąder sodu (Na). Zapisz opisane powyĪej
Ziemia krąĪy wokóá SáoĔca w odlegáoĞci w przybliĪeniu 4 razy wiĊkszej niĪ Merkury.
reakcje.
Korzystając z trzeciego prawa Keplera moĪna ustaliü, Īe okres obiegu Ziemi wokóá SáoĔca
jest .................................................................................................................................................
w porównaniu z okresem obiegu Merkurego dáuĪszy okoáo
1.
Egzamin maturalny z fizyki i astronomii
11
A. 2 razy.
Poziom podstawowy
2. .................................................................................................................................................
B. 4 razy.
C. 20.3
8 razy.
Zadanie
(2 pkt)
3. .................................................................................................................................................
D.
16
razy.
WykaĪ, zapisując odpowiednie zaleĪnoĞci, Īe wartoĞü pĊdu pojedynczego fotonu
Zadanie
11.9.(1(1
pkt)
CKE 2008
(PP),fotonu
zad. 9.
emitowanego
przez
wartoĞci
pĊdu
22.
Elektron
(3
pkt)laser helowo-neonowy jest wiĊksza od Źródło:
Zadanie
pkt)
emitowanego
przez
laser
rubinowy.promieniotwórczemu.
Elektrony
w kineskopie
telewizyjnym
są przyspieszane napiĊciem
kV. jądro zawierające
Jądro izotopu
ulegáo
rozpadowi
Powstaáo14 nowe
Oblicz
de Broglieca
dlaneutron
padającego
na niĪ
ekran
elektronu.
EfektyPrzedstawiony
relatywistycznepowyĪej
pomiĔ.
o jedendáugoĞü
proton fali
wiĊcej
i o jeden
mniej
jądro
wyjĞciowe.
opis dotyczy rozpadu
A.
B.
C.
D.
alfa.
gamma.
beta plus.
beta minus.
Zadanie
10.
(1 pkt)
Zadanie 12.21.
(4 pkt)
Źródło: CKE 2008 (PP), zad. 21.
Zadanie
Rozpad
promieniotwórczy
(4 pkt)
Przyrząd sáuĪący
do uzyskiwania
i obserwacji widma
promieniowania elektromagnetycznego
Jądro
uranu (92U) rozpada siĊ na jądro toru (Th) i cząstkĊ alfa.
uran 238 238,05079 u
to
W tabeli obok podano masy atomowe uranu, toru i helu.
tor 234
234,04363 u
A. kineskop.
hel
4
4,00260 u
ZadanieB.12.1
(2 pkt)
Zadanie
21.1
(2 pkt)
mikroskop.
Zapisz, C.
z uwzglĊdnieniem
oscyloskop. liczb masowych i atomowych, równanie rozpadu jądra uranu.
D. spektroskop.
23. Fotokomórka (3 pkt)
Oblicz minimalną wartoĞü pĊdu fotonu, który padając na wykonaną z cezu katodĊ
fotokomórki spowoduje przepáyw prądu. Praca wyjĞcia elektronów z cezu wynosi 2,14 eV.
Zadanie
21.2
(2 pkt)
Zadanie 12.2
(2 pkt)
Oblicz energiĊ wyzwalaną podczas opisanego powyĪej rozpadu jądra. Wynik podaj w MeV.
W obliczeniach przyjmij, Īe 1 u ļ 931,5 MeV.
5
Po przelocie samolotu powstaje smuga
kondensacyjna spalin,60°tworząc na niebie Ğlad
66°
(rysunek). ĝlad ten przedstawia
diament
diament
diament
A. tor.
B. drogĊ.
Zadanie
13.17.
(3 pkt)
Źródło: CKE 2009 (PP), zad. 17.
C. prĊdkoĞü.
Zadanie
Izotop záota (3 pkt)
D. przemieszczenie.
Jądro
izotopu záota 198
79 Au ulega rozpadowi, w wyniku którego powstaje jądro rtĊci (Hg)
zawierające
samą liczbĊ nukleonów, co jądro ulegające rozpadowi. Nowo powstaáe jądro
Zadanie 2.taką
(1 pkt)
ma
jeden proton
wiĊcej od
jądra
izotopu 198
Do opionowo
zawieszonej
nitki
przymocowano
79 Au.3 niewielkie oáowiane kulki.
OdlegáoĞü
miĊdzy
stoáem
a
pierwszą
kulką
wynosiáa 10 cm a odlegáoĞci
k3
Zadanie
13.1
(1 pkt)
Zadanie
17.1
(1 pkt)
pomiĊdzy
kolejnymi
kulkami
wynosiáy
30
cm
i
50
cm
odpowiednio
(rysunek).
Zapisz równanie opisanej reakcji
rozpadu.
Egzamin
maturalny z fizyki i astronomii
11
NastĊpnie przeciĊto sznurek ponad kulką
k3 ipodstawowy
kulki zaczĊáy swobodnie spadaü.
poziom
Czas, po którym pierwsza kulka uderzyáa w stóá w porównaniu z czasem, jaki
k2
upáynąá miĊdzy uderzeniami kolejnych kulek o powierzchniĊ stoáu jest
Zadanie 18.1 (1 pkt)
A. krótszy
niĪ czas
miĊdzy
kulek k2wykonano
i k3 .
Ustal,
analizując
wykres,
z upadkiem
jakiego materiaáu
fotokatodĊ. PodkreĞl w tabeli obok
k1
Zadanie
13.2
(2
pkt)
Zadanie
17.2
(2
pkt)
B. najkrótszym
z czasów
miĊdzy upadkiem kolejnych kulek.
wykresu
nazwĊ tego
materiaáu.
198
Oblicz
masĊ izotopu
záota miĊdzy
8,1 dniach,
jeĪeli początkowa
masa tego izotopu zawarta
C. najdáuĪszym
z czasów
upadkiem
kolejnych
kulek.
79 Au po
k2 i k 3 .
D. preparacie
taki sam
jak
czasy
miĊdzy upadkiem
kulek
1 i ka
2 oraz
w
promieniotwórczym
wynosiáa
10kµg,
przeprowadzone
pomiary wykazaáy, Īe
Zadanie
18.2
(2 pkt)
po 2,7 dnia poáowa
jąder
tego izotopu
ulega moĪna
rozpadowi.
WyprowadĨ
wzór,
za
pomocą
którego
obliczyü
wartoĞci
liczbowe konieczne
Zadanie 3. (1 pkt)
do wykonania powyĪszego wykresu. Przyjmij, Īe znane są energie padających fotonów i
W satelicie krąĪącym po koáowej orbicie na wysokoĞci znacznie mniejszej od promienia
praca wyjĞcia materiaáu fotokatody.
Ziemi, uruchomiony zostaá silnik i wartoĞü prĊdkoĞci wzglĊdem Ziemi wzrosáa do 11,2 km/h.
Satelita ten
A. bĊdzie poruszaá siĊ po orbicie eliptycznej wokóá Ziemi.
B. bĊdzie dalej poruszaá siĊ po tej samej orbicie wokóá Ziemi.
C. opuĞci orbitĊ okoáoziemską a nastĊpnie naszą GalaktykĊ.
D. opuĞci orbitĊ okoáoziemską i pozostanie w Ukáadzie Sáonecznym.
Zadanie
Atom
Zadanie
14.18.
Źródło: CKE 2010 (PP), zad. 4.
Zadanie
4.(1(1pkt)
pkt) wodoru (5 pkt)
W tabeli przedstawiono wartoĞci caákowitej energii atomu wodoru (En) oraz promieni
orbit
60
Jednym
z
izotopów
stosowanych
do
sterylizacji
ĪywnoĞci
jest
izotop
kobaltu
Co
.
Jest
to
27
(rn), po których elektron moĪe siĊ poruszaü w zaleĪnoĞci od numeru orbity (n).
izotop nietrwaáy i ulega samorzutnie przemianie E –. Wskutek tego rozpadu powstaje jądro
n
1
2
3
4
5
pierwiastka, którego liczba protonów w jądrze wynosi
En , eV
– 13,6
– 3,4
– 1,5
– 0,54
A.rn26.
, ·10–10 m
0,53
2,12
4,77
8,48
13,25
B. 28.
Zadanie
18.1 (1 pkt)
C. 32.
Uzupeánij
tabelĊ,
wykonując konieczne obliczenia.
D. 33.
Zadanie
5.(3(1pkt)
pkt) dymu (3 pkt)
Zadanie
15.19.
Zadanie
Czujnik
Źródło: CKE 2010 (PP), zad. 19.
W póáprzewodnikach
domieszkowychznajduje
typu n, wzastosowanie
stosunku do w
póáprzewodników
samoistnych,
Wiele
izotopów promieniotwórczych
technice. Jednym
z nich jest
241 z
mamy do
czynienia
izotop
ameryku
Am, który znalazá zastosowanie w czujnikach dymu. Produkuje siĊ go,
A. niedoborem
dziur.
bombardując
neutronami
izotop plutonu 239Pu. Powstaáe jądra ulegają samorzutnemu
B. nadmiarem
dziur. którego powstają jądra ameryku 241Am. Te z kolei rozpadają siĊ
rozpadowi,
w wyniku
niedoborem
iC.
powstają
cząstkielektronów.
alfa oraz praktycznie trwaáe jądra neptuna 93Np (T1/2 § 2·106 lat).
D. nadmiarem elektronów.
Zadanie 15.1
(2 pkt)
Zadanie
19.1
(2 pkt)
Korzystając z podanych informacji, uzupeánij poniĪsze równania reakcji.
2 01n 239
94 Pu o
.......
241
Pu
o
94
95
241
95
......
93 Np
Am o ........ Zadanie 19.2 (1 pkt)
Am ......... Q~e
Zapisz, jaka wáasnoĞü promieniowania alfa pozwala na bezpieczne uĪycie izotopu ameryku
241
Am w czujnikach dymu montowanych w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie.
6
241
95
Am o ........ ......
93 Np
Zadanie
15.2
(1 pkt)
Zadanie
19.2
(1 pkt)
Zapisz, jaka wáasnoĞü promieniowania alfa pozwala na bezpieczne uĪycie izotopu ameryku
241
Am w czujnikach dymu montowanych w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie.
Wypeánia
egzaminator
Nr zadania
Maks. liczba pkt
Uzyskana liczba pkt
7
17.3
3
18.1
1
18.2
2
19.1
2
19.2
1