25r3-typ-2015-powtor.. - Włodzimierz Wolczyński

25-TYP 2015
POWTÓRKA
FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III
POZIOM ROZSZERZONY
•
•
•
•
•
Hydrostatyka
Gazy
Termodynamika
Elektrostatyka
Prąd elektryczny stały
Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania
Zadanie 1 – Mosiężna kulka (15 pkt.)
W celu wyznaczenia gęstości kulki mosiężnej, wykonano znane doświadczenie z wykorzystaniem
prawa Archimedesa. Najpierw kulkę zawieszono na siłomierzu w powietrzu. Siłomierz wskazał
wartość Fp = 0,34 N. Następnie powtórzono pomiar, gdy kulka była zanurzona w wodzie. Gęstość
wody ρw = 1000 kg/m3. Po obliczeniach okazało się, że gęstość kulki wynosi 8220 kg/m3.
Zadanie 1.1 (2 pkt.)
Oblicz wskazanie siłomierza, gdy kulka była zanurzona w wodzie?
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 1
Zadanie 1.2 (3 pkt.)
Mosiądz to stop miedzi i cynku. Gęstość miedzi wynosi ρm = 8900 kg/m3, a cynku ρc = 7200 kg/m3. Jaki
jest skład procentowy tego stopu?
Zadanie 1.3 (2 pkt.)
Kulkę tę wstawiono do naczynia z rtęcią, o gęstości ρr = 13 600 kg/m3. Jaka część kulki wystaje ponad
powierzchnię rtęci?
Zadanie 1.4 (2 pkt.)
Kulkę zanurzono poniżej poziomu rtęci, używając pewnej siły? Jakiej? Oblicz jej wartość.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 2
Zadanie 1.5 (3 pkt.)
Po zanurzeniu całkowitym w rtęci, kulkę puszczono swobodnie. Oblicz przyspieszenie startowe, z
jakim kulka będzie się wynurzać.
Zadanie 1.6 (1 pkt.)
Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.
Mamy dwie kulki o tych samych
promieniach różniące się
gęstością, ale każda z nich ma ją
większą od wody. Dla kulki o
większej gęstości siła wyporu
przy całkowitym zanurzeniu
A
jest większa niż
B
jest mniejsza niż
C
jest taka sama
jak
dla
drugiej
kulki,
ponieważ
1 wypiera ona tyle samo
wody.
2 siła wyporu jest
proporcjonalna do
gęstości kulki
3 siła wyporu
jest odwrotnie
proporcjonalna do
gęstości kulki
Zadanie 1.7 (1 pkt.)
Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.
1 Im większa jest głębokość na jakiej znajduje się mosiężna kulka, tym mniejsza siła
wyporu na nią działa.
2 Jeśli głębokość wody jest wystarczająco duża, to w pewnym momencie może się
zdarzyć, że wypadkowa siła na nią działająca jest równa zero.
3 Jeśli mosiężna kulka zostałaby odpowiednio wydrążona, to jest możliwe, że
pływałaby w częściowym zanurzeniu.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
P
F
P
F
P
F
Strona 3
Zadanie 1.8 (1 pkt.)
Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.
Gdy statek wypływa z rzeki do morza, w którym gęstość słonej wody jest większa, siła wyporu
działająca na niego jest większa / jest mniejsza / jest taka sama jak w słodkiej wodzie rzeki, a
zanurzenie statku rośnie / maleje / nie zmienia się.
Zadanie 2. Przemiany gazowe (15 pkt.)
Jeden mol tlenu (masa molowa tlenu O2 wynosi 32 g/mol) poddano przemianom, przedstawionym na
wykresie poniżej, dla odcinków AB i BC.
V [cm3]
600
L
400
B
C
A
K
200
0
100
200
300
400
500
Zadanie 2.1 (1 pkt.)
Tlen kolejno poddano przemianom:
AB - ...............................................................
BC - ...............................................................
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 4
T[K]
Zadanie 2.2 (3 pkt.)
Ciśnienia tlenu w poszczególnych stanach wynosiły: Miejsce na obliczenia na następnej stronie
w stanie A - .............................................
w stanie B - .............................................
w stanie C - .............................................
Obliczenia do zadania 2.2
Zadanie 2.3 (4 pkt.)
Przedstaw wykres zależności ciśnienia od objętości dla tych przemian.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 5
Zadanie 2.4 (2 pkt.)
Gdy tlen znajdował się w stanie C, cylinder, w którym prowadzono badania rozszczelnił się i część
tlenu w ciągu kilku sekund uszła z niego, zanim pracownik nie zauważył i nie zakręcił zaworu,
uszczelniając znów cylinder. Objętość gazu w czasie ulatniania się tlenu była stała, ale temperatura
spadła o 150oC, a w cylindrze pozostało 8 g tlenu. Jakie wówczas było ciśnienie tlenu?
Zadanie 2.5 (2 pkt.)
Jaka liczba cząsteczek tlenu ulotniła się?
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 6
Zadanie 2.6 (1 pkt.)
Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.
A
tyle samo co
B
więcej niż
C
mniej niż
Jeden mol tlenu waży
1 tyle samo cząsteczek.
jeden mol
helu
i zawiera
2 więcej cząsteczek.
3 niej cząsteczek.
Zadanie 2.7 (1 pkt.)
Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.
1 W pokoju latem znajduje się mniejsza liczba cząsteczek, jeśli ciśnienie jest takie
samo, a temperatura w pokoju jest większa.
2 W pokoju z powyższego przykładu zaszła przemiana izobaryczna powietrza.
P
F
P
F
3 Jeden mol gazu w każdych warunkach zajmuje objętość 22,4 dm3.
P
F
Zadanie 2.8 (1 pkt.)
Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.
Przemiany AB i KL są izotermiczne/ izobaryczne / izochoryczne, a różne nachylenie może wynikać z
różnej liczby moli / różnej temperatury / zmieniającej się objętości gazów.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 7
Zadanie 3. Cykl termodynamiczny (15 pkt.)
ହ
Jeden mol gazu doskonałego, o cząsteczkach dwuatomowych, a więc taki, że C୴ = ଶ R, poddano
cyklowi przemian, przedstawionych na wykresie poniżej. W stanie A temperatura wynosi TA = 600 K, a
objętość 500 cm3.
p
A
D
B
C
V
Zadanie 3.1 (3 pkt.)
Oblicz i podaj ile wynoszą temperatury gazu:
TB = .............. K
Tc = .............. K
TD = .............. K
obliczenia
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 8
Zadanie 3.2 (4 pkt.)
Dla każdej przemiany zastanów się nad pierwszą zasadą termodynamiki
Wypełnij tabelkę używając słów: symboli:
+
jeżeli wartość jest dodatnia
-
jeśli wartość jest ujemna
0
jeśli wartość wynosi 0
∆U
przyrost energii
wewnętrznej
Q
ciepło
W
praca sił zewnętrznych
przemiana A-B
przemiana B-C
przemiana C-D
przemiana D-A
miejsce na ewentualne obliczenia i notatki
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 9
Zadanie 3.3 (3 pkt.)
Dla przemiany A-B oblicz i podaj wartości:
zmiana energii wewnętrznej ∆U = ........................
ciepło Q = .......................... i jest to ciepło ...................................................................................
(pobrane przez układ – oddane do otoczenia – WYBIERZ)
Praca sił zewnętrznych W = .........................
Zadanie 3.4 (2 pkt.)
Oblicz pracę użyteczną w pełnym cyklu
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 10
Zadanie 3.5 (1 pkt.)
Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.
Jeśli sprężymy powoli
gaz w cylindrze
metalowym, to przy
szczelności układu,
zajdzie sprężanie
A
izotermiczne.
B
adiabatyczne.
C
izochoryczne.
jeśli to samo zrobimy
w cylindrze całkowicie
izolującym cieplnie
układ od otoczenia,
zajdzie sprężanie
1 izotermiczne.
2 adiabatyczne.
3 izochoryczne.
Zadanie 3.6 (1 pkt.)
Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.
1 Praca gazu w przemianie izotermicznej jest równa zero.
P
F
2 Jeśli gaz ogrzejemy izochorycznie, to jego energia wewnętrzna wzrośnie, a praca
sił zewnętrznych jest wówczas ujemna.
3 Przemiana adiabatyczna, to taka, w której nie zachodzi wymiana ciepła z
otoczeniem.
P
F
P
F
Zadanie 3.7 (1 pkt.)
Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.
Takie gazy jak hel i neon mają ciepła molowe przy stałej objętości równe 1,5 / 2,5 / 3 krotności stałej
gazowej R, a ciepła molowe przy stałym ciśnieniu 1,5 / 2,5 / 3 krotności stałej gazowej R.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 11
Zadanie 4 - Kondensator (15 pkt.)
Kondensator-akwarium płaski jest wypełniony wodą destylowaną, dla której stała
dielektryczna względna ɛr = 81. Pojemność tego kondensatora wynosi C = 32,4 pF.
Powierzchnia płytek wynosi S = 100 cm2. Kondensator ten podłączono do źródła prądu o
napięciu U = 100 V.
woda
płytki
Zadanie 4.1 (2 pkt.)
Ile wynosi wysokość akwarium?
Zadanie 4.2 (1 pkt.)
Jaki ładunek zgromadził się na kondensatorze?
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 12
Zadanie 4.3 (3 pkt.)
Po pewnym czasie wskutek nieszczelności połowa wody się wylała, a kondensator cały czas był
podłączony do źródła prądu. Wykaż, że pojemność kondensatora wynosiła wówczas około 0,8 pF, a
zgromadzony na nim ładunek, około 8·10-11 C.
Zadanie 4.4 (3 pkt.)
Gdy połowa wody się wylała, a więc gdy ładunek zgromadzony wynosił 8·10-11 C , kondensator
odłączono od źródła prądu, ale woda z niego wylewała się nadal. Jaką pojemność miał kondensator
po wylaniu się wody i jakie napięcie ustaliło się na nim?
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 13
Zadanie 4.5 (2 pkt.)
W pewnym momencie tuż przy górnej okładce zabłąkał się elektron. Zakładając, że napięcie na
kondensatorze wynosiło wtedy 200 V, oblicz z jaką prędkością wypadł elektron.
Zadanie 4.6 (1 pkt.)
Czy uwzględnienie oddziaływania grawitacyjnego elektronu z Ziemią mocno zmieniłoby wynik
zadania 4.4? Wykaż to odpowiednimi obliczeniami.
Zadanie 4.7 (1 pkt.)
Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.
Wyjęcie izolatora
wypełniającego kondensator
płaski próżniowy wcześniej
naładowanego i
odłączonego od źródła
napięcia
A
zmniejszy pojemność
i ładunek.
B
zmniejszy pojemność
i napięcie między
okładkami.
C
zmniejszy pojemność,
a zwiększy napięcie
między okładkami.
1 wzrośnie.
2 zmaleje.
Z kolei energia
kondensatora
3 nie zmieni się.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 14
Zadanie 4.8 (1 pkt.)
Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.
1 Połączenie stu jednakowych kondensatorów połączonych równolegle da
pojemność zastępczą sto razy większą.
2 Usunięcie izolatora spomiędzy okładek kondensatora dołączonego do źródła
prądu nie zmieni natężenia pola elektrycznego w jego wnętrzu.
3 Usunięcie izolatora spomiędzy okładek kondensatora odłączonego od źródła
prądu nie zmieni natężenia pola elektrycznego w jego wnętrzu.
P
F
P
F
P
F
Zadanie 4.9 (1 pkt.)
Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.
Gdy w pole elektryczne kondensatora płaskiego próżniowego wpadnie elektron, z prędkością
równoległą do okładek, to wzdłuż okładek jego ruch jest jednostajny/ jednostajnie przyspieszony, a
w poprzek okładek jednostajny/ jednostajnie przyspieszony .
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 15
Zadanie 5 – Żarówki (15 pkt.)
Rysunki pochodzą ze strony: http://www.elektro.info.pl/artykul-galeria/id1973,kurs-praktycznegowykorzystania-programu-atp-emtp-czesc-18-zarowe-zrodla-swiatla?gal=1&zdjecie=784
Poniżej przedstawiono dwa wykresy charakteryzujące żarówki
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 16
Zadanie 5.1 ( 2 pkt.)
Czy któraś z dwóch żarówek przedstawiona na wykresie pierwszym, zależności mocy w funkcji
napięcia zasilania jest jednocześnie żarówką przedstawioną na rysunku drugim, zależności oporu od
napięcia zasilania? Uzasadnij swój sąd.
Zadanie 5.2 (2 pkt.)
Jak widać z wykresu drugiego opór żarówki wzrasta ze wzrostem napięcia. Wyjaśnij z punktu
widzenia mikroskopowej teorii przewodnictwa dlaczego tak się dzieje?
Zadanie 5.3 (3 pkt.)
Dlaczego żarówka jest przykładem charakterystyki nieomowej? Narysuj w poniższym układzie
współrzędnych wykres zależności natężenia prądu od napięcia dla opornika omowego.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 17
I
U
W dalszych rozważaniach przyjmij, że opór małej żaróweczki jest stały.
1
W
3
2
Obok przedstawiono obwód z
wyłącznikiem W i trzema
jednakowymi żaróweczkami, o
parametrach: Ɛ = 12 V, P = 2 W.
Ɛ = 12 V, rw = 12 Ω
Zadanie 5.4 (1 pkt.)
Jaki opór ma każda żaróweczka?
Zadanie 5.5 (2 pkt.)
Jaki prąd popłynie przez żaróweczkę 1, gdy włącznik zostanie zamknięty.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 18
Zadanie 5.6 (2 pkt.)
W zadaniu tym wyłącznik W jest na początku otwarty, później zamknięty. Jak zmieni się moc
wydzielona na żaróweczce trzeciej po zamknięciu wyłącznika. Należy odpowiedzieć, czy wzrośnie, czy
zmaleje, czy nie zmieni się i ile razy wzrośnie, czy też ile razy zmaleje.
Zadanie 5.7 (1 pkt.)
Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.
Jeśli połączymy szeregowo
dwa jednakowe oporniki
omowe o mocy P,
dostosowane do napięcia U i
podłączymy do napięcia U,
to ich moce
A
nie zmienią się
B
zmniejszą się
dwukrotnie
C
zmniejszą się
czterokrotnie
1 nie zmienią się.
a jeśli
połączymy je
do napięcia U
równolegle, to
ich moce
2 zmniejszą się
dwukrotnie.
3 zmniejszą się
czterokrotnie.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 19
Zadanie 5.8 (1 pkt.)
Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.
1 Jeśli drut przetniemy na cztery równe części i skręcimy ze sobą, to opór zmaleje
16 razy.
2 Opór dwóch różnych oporników połączonych równolegle jest mniejszy niż
najmniejszy z nich.
3 Opór żarówki jest nieomowy, to znaczy nie spełnia prawa Ohma.
P
F
P
F
P
F
Zadanie 5.9 (1 pkt.)
Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.
Amperomierz jako miernik użyty w obwodzie jest również opornikiem. Aby błąd pomiaru był
minimalny, jego opór powinien być jak najmniejszy/ jak największy/ porównywalny z oporem
całkowitym obwodu. Amperomierz łączymy z gałęzią, w której mierzymy natężenie prądu szeregowo
/ równolegle, a gdy chcemy rozszerzyć jego zakres, łączymy go z oporem szeregowo / równolegle.
Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY
Strona 20