WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII

KOD UCZNIA
Suma punktów
WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII
DLA GIMNAZJALISTÓW
WOJEWÓDZTWA WARMIŃSKO - MAZURSKIEGO
ETAP WOJEWÓDZKI
Drogi Uczniu!
Witaj na wojewódzkim etapie Konkursu z Fizyki i Astronomii. Przeczytaj uważnie instrukcję
i postaraj się prawidłowo odpowiedzieć na wszystkie pytania.
ƒ Arkusz liczy 12 stron i zawiera 20 zadań zamkniętych i 11 zadań
otwartych, mających różną formę i stopień trudności.
14 marca
2011 r.
ƒ Przed rozpoczęciem pracy sprawdź, czy Twój test jest kompletny. Jeżeli
zauważysz usterki, zgłoś je Przewodniczącemu Zespołu Nadzorującego.
ƒ Nie wpisuj swojego imienia i nazwiska!
ƒ W zadaniach od 1 – 20 należy wybrać tylko jedną prawidłową odpowiedź.
ƒ Prawidłową odpowiedź w zadaniach zamkniętych zaznacz zakreślając
kółkiem literę wskazującą treść wybranej odpowiedzi. W razie pomyłki
przekreśl krzyżykiem odpowiedź otoczoną kółkiem, a następnie zaznacz
prawidłową.
ƒ Rozwiązania zadań otwartych zapisz czytelnie i starannie
w wyznaczonych miejscach. Jeśli się pomylisz, przekreśl błędną
odpowiedź i zapisz poprawne rozwiązanie obok. Nie używaj korektora!
Czas pracy:
120 minut
ƒ Czytaj dokładnie polecenia. Staraj się udzielić odpowiedzi na wszystkie
pytania. Obliczając wartości liczbowe wielkości fizycznych stosuj ich
jednostki. Pominięcie tego może spowodować utratę punktów.
ƒ Pracuj spokojnie, ale jednocześnie kontroluj upływ czasu! Rozsądnie
gospodaruj czasem przeznaczonym na pisanie testu. Jeżeli zadanie
sprawia Ci kłopot, wróć do niego na koniec.
ƒ Pamiętaj o jednostkach wielkości fizycznych!
Liczba punktów
możliwych
do uzyskania:
ƒ Wolno Ci używać kalkulatora!
ƒ Brudnopis nie podlega ocenie.
150
Pracuj samodzielnie.
Powodzenia!
W zadaniach przyjmij przyspieszenie ziemskie jako równe 10 m/s2 ! (g = 10 m/s2)
Strona 2
Zadanie 1. (0 – 2)
Wydłużenie ogrzewanego pręta z metalu jest wprost proporcjonalne do iloczynu jego długości oraz
przyrostu temperatury. Metalowy pręt długości 1 m wydłuża się o 1,5 mm przy ogrzaniu o 100ºC.
Pręt z tego metalu długości 3 m ogrzany o 200ºC wydłuży się o
A. 4,5 mm,
B. 9 mm,
C. 3 m 4,5 mm,
D. 3,9 m.
pkt
Zadanie 2. (0 – 2)
Wskaż zdanie fałszywe.
A. Po zmieszaniu wody i denaturatu objętość roztworu jest nieco mniejsza niż suma objętości
jego składników.
B. Rozmiary liniowe cząsteczki składającej się z kilku atomów są rzędu 1 nm (1nm =10-9 m).
C. Im wyższa temperatura danej substancji, tym jej cząsteczki poruszają się wolniej.
D. Cząsteczki są w nieustannym ruchu.
pkt
Zadanie 3. (0 – 2)
Stan nieważkości w kabinie rakiety kosmicznej w czasie lotu z Ziemi na Księżyc pojawi się:
A. w momencie wyłączenia silników.
B. w punkcie, w którym siły wzajemnego przyciągania Księżyca i Ziemi są sobie równe.
C. w momencie, gdy statek wejdzie na orbitę kołową wokół Księżyca (lub Ziemi).
D. w czasie lotu poza atmosferą Ziemi.
pkt
Zadanie 4. (0 – 2)
Energia wysyłana przez Słońce i gwiazdy pochodzi z:
A. łączenia się jąder atomów lżejszych w jądra cięższe;
B. reakcji łańcuchowej;
C. rozszczepienia jąder tych ciał niebieskich;
D. rozpadu promieniotwórczego.
pkt
Zadanie 5. (0 – 2)
Północny koniec igły kompasu wskazuje:
A. północy biegun geograficzny
B. południowy biegun geograficzny.
C. okolice północnego bieguna geograficznego
D. okolice południowego bieguna geograficznego
pkt
Zadanie 6. (0 – 2)
Przez konwekcję może być przekazywana energia :
A. w cieczach i gazach
B. w cieczach i ciałach stałych
C. tylko w gazach
D. tylko w cieczach.
pkt
Zadanie 7. (0 – 2)
Prąd stały nie spowoduje działania:
A. latarki;
B. elektromagnesu;
C. transformatora;
str. 2
D. grzejnika.
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
pkt
Strona 3
Zadanie 8. (0 – 2)
Który rysunek przedstawia centralne pole elektrostatyczne?
B.
A.
C.
D.
pkt
Zadanie 9. (0 – 2)
Opór elektryczny (rezystancja) przewodnika:
A.
B.
C.
D.
nie zależy ani od napięcia ani od natężenia prądu
jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia
jest odwrotnie proporcjonalny do natężenia płynącego prądu
odpowiedzi B i C są poprawne.
pkt
Zadanie 10. (0 – 2)
Rysunek przedstawia fragment obwodu elektrycznego. Wszystkie żaróweczki są jednakowe
i wszystkie świecą! Która z nich świeci najmocniej?
A. 1.
B. 2, 3 i 4.
2
4
3
+
C. 5.
5
1
pkt
D. Wszystkie świecą jednakowo.
Zadanie 11. (0 – 2)
W ciągu miesiąca zmienia się wygląd Księżyca. Jest to zjawisko faz Księżyca. Księżyc jest w
nowiu, gdy
A. widzimy go w postaci pełnego koła,
B. widzimy jego jedną połówkę w kształcie litery D,
C. ma postać wąskiego sierpa w kształcie litery C.
pkt
D. oświetlony od strony Słońca jest zwrócony ku nam stroną nieoświetloną,
Zadanie 12. (0 – 2)
Oświetlona część tarczy Księżyca, widziana z Ziemi, (ale nie podczas zaćmienia Księżyca), może
mieć kształt:
A. I lub II lub III lub IV,
B. tylko II lub III lub IV,
C. tylko III lub IV,
D. tylko IV.
pkt
Zadanie 13. (0 – 2)
Kąt pomiędzy promieniem odbitym a powierzchnią zwierciadła płaskiego wynosi 40o. Kąt padania
światło na to zwierciadło wynosi:
A. 30o
B. 40o
C. 50o
str. 3
D. 60o
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
pkt
Strona 4
Zadanie 14. (0 – 2)
Wskaż zdanie fałszywe. Fala elektromagnetyczna jest to fala, która:
A.
B.
C.
D.
rozchodzi się w próżni.
rozchodzi się tylko w ośrodku sprężystym.
rozchodzi się ruchem jednostajnym.
ma wartość prędkości rozchodzenia się równą 3 · 108 m/s.
pkt
Zadanie 15. (0 – 2)
Jeżeli przetniemy magnes tak, by rozdzielić bieguny to otrzymamy:
A.
B.
C.
D.
dwa oddzielne bieguny południowy i północny
dwa bieguny północne
dwa bieguny południowe
dwa mniejsze magnesy.
S
N
pkt
Zadanie 16. (0 – 2)
Jeśli dane ciało przeniesiemy z naszej szerokości geograficznej na biegun, to:
A.
B.
C.
D.
jego masa wzrośnie, a ciężar się nie zmieni,
jego masa zmaleje, a ciężar wzrośnie,
jego ciężar wzrośnie, a masa się nie zmieni,
jego ciężar i masa nie ulegną zmianie.
pkt
Zadanie 17. (0 – 2)
W celu zmniejszenia strat energii podczas przesyłania prądu elektrycznego na dużą odległość
stosujemy transformator. Co osiągamy dzięki jego zastosowaniu?
A.
B.
C.
D.
Zwiększamy moc przesyłanego prądu.
Zmniejszamy natężenie prądu w przewodach doprowadzających prąd do odbiorców.
Zwiększamy natężenie prądu w przewodach doprowadzających prąd do odbiorców.
Zmniejszamy opór elektryczny.
pkt
Zadanie 18. (0 – 2)
Na przewodnik, przez który przepływa prąd elektryczny ustawiony tak, jak na rysunku działa siła
elektrodynamiczna o zwrocie:
A. w prawo.
B. w lewo.
I
C. od obserwatora.
N
S
D. do obserwatora.
pkt
Zadanie 19. (0 – 2)
Rysunek przedstawia dwa punktowe źródła światła Z1
i Z2, oświetlające nieprzezroczystą kulę K oraz ekran
E w trzech położeniach I, II i III. Na ekranie będzie
widoczny zarówno cień jak i półcień rzucany przez
kulę K, gdy ekran będzie w położeniu:
A. I,
B. I i III,
C. III,
D. II i III,
E. I, II i III
str. 4
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
pkt
Strona 5
Zadanie 20. (0 – 2)
Najmniejszy zasięg w powietrzu ma promieniowanie
A. alfa,
B. beta,
C. gamma,
pkt
D mikrofalowe.
Zadanie 21. (0 – 7)
Samochód ruszając z miejsca ruchem jednostajnie przyspieszonym w czasie 20 s przebył drogę
równą 200 m. Oblicz wartość prędkości (chwilowej) po tym czasie. Punktacja zadania preferuje
rozwiązanie ogólne (operacje na wzorach i podstawienie wartości do końcowego wzoru).
pkt
Zadanie 22. ( 0 – 6)
Za pomocą szklanej rurki zgiętej w kształcie litery U można wyznaczyć nieznaną gęstość cieczy.
Naszym celem jest wyznaczenie gęstości denaturatu. W tym celu do U – rurki nalewamy wodę, a
następnie bardzo ostrożnie denaturat, aby nie dopuścić do zmieszania obu cieczy. Gęstość wody
wynosi 1g/cm3 (1000 kg/m3). Na podstawie informacji zawartych na rysunku i w treści zadania
oblicz gęstość denaturatu. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.
Charakterystyczne wysokości odczytane w czasie pomiaru:
woda
h1 = 7 cm, h2 = 19,4 cm, h3 = 22 cm
denaturat
h3
h2
h1
pkt
Zadanie 23. (0 – 3)
Przedstawione niżej wykresy opisują swobodne spadanie ciała (jako funkcję czasu). Uzupełnij
poszczególne wykresy wpisując na osi pionowej odpowiednią literę oznaczającą wielkość fizyczną.
pkt
0
t
0
0
t
str. 5
t
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 6
Zadanie 24. ( 0 – 22)
W celu wykazania zależności między wartością siły przyłożonej do belki dźwigni a odległością
punktu przyłożenia tej siły od osi obrotu wykonano doświadczenie przedstawione na poniższym
rysunku. W punkcie A zawieszono na nitce aluminiowy klocek o masie 200 g, natomiast po drugiej
stronie od osi obrotu w punkcie B przyłożono siłę za pośrednictwem siłomierza doprowadzając do
poziomego położenia belki (czyli stanu równowagi dźwigni). W toku doświadczenia położenie
punktu B ulegało zmianie od 2 cm do 12 cm względem osi obrotu. Położenie punktu A było
niezmienne w odległości 12 cm od osi obrotu dźwigni.
oś obrotu dźwigni
B
A
A
12 cm
200 g
24.1 Narysuj i oznacz wektory sił działających na zawieszony przedmiot oraz
punkt A belki dźwigni. Czynność wykonaj na rysunku umieszczonym obok
(z prawej strony); zwróć uwagę na długość wektorów sił.
Zadaniem siatki jest ułatwienie rysowania!
Wskaż parę sił równoważących się i parę sił „akcji i reakcji”.
siły równoważące się – ..........................
pkt
siły „akcji i reakcji – ..........................
24.2 Wykaż, że wartość siły przyłożonej do punktu A dźwigni wynosi 2 N.
pkt
24.3 Dokończ schematyczny rysunek dźwigni, uzupełniając o wektory sił przyłożonych w punktach
A i B ( FA i FB ) . Narysuj również i oznacz odcinki wyrażające długości ramion sił (rA i rB).
B
O
A
pkt
str. 6
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 7
24.4 Uzupełnij tabelę, wpisując wartości siły FB (przyłożonej po prawej stronie dźwigni)
wynikające ze zmiany długości ramienia tej siły (rB).Sytuacja po lewej stronie osi obrotu nie
ulega zmianie. Skorzystaj z warunku równowagi dźwigni.
rB [cm]
2
4
6
8
12
4
FB [N]
pkt
24.5 Sporządź wykres zależności wartości siły FB od długości jej ramienia rB.
pkt
24.6 Jaka istnieje zależność między wartością siły FB i odległością punktu jej przyłożenia od osi
obrotu? Zakładamy, że FA = const i rA = const. Udziel precyzyjnej odpowiedzi, zwracając
szczególną uwagę na związek przyczynowo – skutkowy oraz na słownictwo stosowane w
naukach ścisłych
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
pkt
.....................................................................................................................................................................
Zadanie 25. ( 0 – 7)
Jak zmienią się wskazania mierników elektrycznych, jeśli
suwak opornika R2 przesuniemy w prawo?
Odpowiedź uzasadnij!
R1
R2
V
A
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
pkt
........................................................................................................................................................................
str. 7
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 8
Zadanie 26. ( 0 – 15)
Karabin o masie 4 kg zawieszony jest poziomo na dwóch równoległych linkach. Podczas wystrzału
pocisk o masie 10 g wylatuje z szybkością 800 m/s i na skutek odrzutu karabin ulega odchyleniu w
górę.
∆h
Przedstawiony rysunek stanowi jedynie bardzo uproszczoną wersję realnej sytuacji!
26.1 Oblicz wartość prędkości odrzutu karabinu w momencie wystrzału.
pkt
26.2 Na jaką maksymalną wysokość „∆h” podniesie się karabin w wyniku zjawiska odrzutu?
Zaniedbujemy istnienie sił oporu.
pkt
26.3 Ile wynosi średnia wartość siły działania gazów prochowych na pocisk w lufie, jeżeli ich
oddziaływanie na pocisk trwa tylko 0,002 s?
pkt
str. 8
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 9
26.4 Oblicz pracę wykonaną podczas wystrzału przez gaz powstały ze spalenia prochu.
Zaniedbujemy energię kinetyczną ruchu obrotowego pocisku.
pkt
Zadanie 27. ( 0 – 7)
Magnes poruszający się względem zwojnicy wytwarza w niej prąd elektryczny.
zwojnica
v
S
N
mA
27.1 Jaką nazwę nosi to zjawisko?
..........................................................................................................................................
pkt
27.2 Co jest ogólną przyczyną tego zjawiska?
..........................................................................................................................................
pkt
27.3 Zaznacz kierunek prądu wytworzonego w zwojnicy (zakładając, że oddalamy od niej
magnes). Odpowiednio uzasadnij. Część uzasadnienia można wykonać na rysunku.
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
pkt
.........................................................................................................................................................
Zadanie 28. ( 0 – 5 )
W monitorach kineskopowych CRT (czyli starszej generacji) obraz jest „rysowany” przy użyciu
wiązki elektronów sterowanej polem magnetycznym. Natężenie wiązki elektronów w monitorze
komputera wynosi 0,1 mA. Oszacuj ile elektronów uderza w ekran kineskopu w czasie 100 s?
Wynik podaj z dokładnością do jednej cyfry znaczącej. Ładunek elementarny wynosi 1, 6 ⋅ 10-19 C.
pkt
str. 9
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 10
Zadanie 29. ( 0 – 22)
Przeczytaj poniższy tekst i przystąp do wykonania kolejnych poleceń zadania, dotyczącego
wyznaczania ciepła właściwego cieczy w oparciu o energię dostarczoną przez prąd
elektryczny.
W wewnętrznym naczyniu kalorymetru zawierającym denaturat o znanej masie umieszczamy
spiralę grzejną oraz termometr. Układ ten łączymy ze źródłem napięcia elektrycznego. W obwodzie
umieszczamy przyrządy mierzące napięcie elektryczne miedzy zaciskami spirali grzejnej oraz
natężenie prądu przez nią płynącego. Wyznaczamy temperaturę początkową denaturatu (T1)
w kalorymetrze i zamykamy obwód na określony czas (np. 5 min). W trakcie przepływu prądu
mierzymy wielkości opisujące przepływ prądu
elektrycznego. Po przerwaniu obwodu ponownie
mierzymy temperaturę (T2) badanej cieczy. Po ułożeniu
odpowiedniego równania i jego rozwiązaniu możemy
obliczyć ciepło właściwe denaturatu.
Praca prądu elektrycznego przepływającego przez
spiralę grzejną powoduje wzrost energii wewnętrznej
cieczy w kalorymetrze, co objawi się wzrostem jej
temperatury.
29.1 Uzupełnij schematyczny rysunek doświadczenia
(z prawej strony) o niezbędne elementy obwodu
elektrycznego.
spirala
pkt
29.2 Z pomiarów bezpośrednich otrzymano następujące wyniki:
masa cieczy zawartej w kalorymetrze (m)
-
150 g
temperatura początkowa cieczy (T1)
-
26 °C
temperatura końcowa cieczy (T2)
-
30 °C
napięcie elektryczne między zaciskami spirali (U)
-
5V
natężenie prądu elektrycznego płynącego przez spiralę (I)
-
0,9 A
czas przepływu prądu elektrycznego (t)
-
5 min
Ułóż równanie uwzględniające przemiany energii podczas zjawiska wykorzystanego
w doświadczeniu przyjmując oznaczenia użyte w zadaniu; rozwiąż równanie w celu wyznaczenia
ciepła właściwego.
str. 10
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
pkt
Strona 11
29.3 Oblicz wartość wyznaczonego ciepła właściwego i podaj wynik z dokładnością do trzech cyfr
znaczących. Dokonaj również uzasadnienia jednostek, czyli wykonaj działania na mianach.
pkt
29.4 Ułóż równanie obrazujące przemiany energii przy założeniu, że wewnętrzne naczynie
kalorymetryczne też pobiera ciepło. Dokonaj ogólnego rozwiązania równania w celu
wyznaczenia „c”. Jak uwzględnienie ciepła pobranego przez wewnętrzne naczynie
kalorymetryczne wpłynie wartość wyznaczonego ciepła właściwego? Wzrośnie, czy zmaleje?
Udzielenie odpowiedzi możliwe jest bez przeprowadzania żmudnych obliczeń na wartościach
liczbowych poprzez analizę rozwiązanego równania (tzw. „dyskusja rozwiązania”)
pkt
29.5 Co w istotny sposób może wpłynąć na niepewność pomiarową ciepła właściwego
wyznaczonego w ten sposób?
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
pkt
.........................................................................................................................................................
str. 11
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Strona 12
Zadanie 30 ( 0 – 9)
Lupa jest przyrządem optycznym, na co dzień używanym między innymi przez zegarmistrzów oraz
filatelistów. Przyrząd ten zbudowany jest z soczewki skupiającej umieszczonej w oprawie z
uchwytem. Oglądane przedmioty umieszcza się blisko lupy w odległości nieco mniejszej niż
ogniskowa.
Narysuj bieg promieni świetlnych i znajdź obraz przedmiotu wytworzony przez lupę, podaj cechy
powstałego obrazu.
pkt
pkt
str. 12
Str. 2
14
Str. 3
12
Str. 4
12
Str. 5
18
Str. 6
12
Str. 7
17
Str. 8
12
Str. 9
15
Str. 10
9
Str. 11
13
Str.12
16
Suma
punktów
150
pkt
Wojewódzki Konkurs z Fizyki i Astronomii dla Gimnazjów – etap wojewódzki – rok szkolny 2010/2011
Uzyskane
punkty
Maksymalna
ilość punktów
Zadanie 31. ( 0 – 7 )
Rysunek przedstawia położenie w pewnej chwili punktów węża gumowego drgającego w
płaszczyźnie rysunku. Zakładamy, że fala na wężu porusza się w prawo z prędkością 2 m/s.
Korzystając z tych danych, wyznacz amplitudę, długość fali, częstotliwość drgań punktów, przez
które przechodzi fala