konkurs fizyczny - Kuratorium Oświaty w Lublinie

Kuratorium Oświaty w Lublinie
Kod ucznia
Dzień
Miesiąc
Rok
DATA URODZENIA (wypełnia uczeń)
KONKURS FIZYCZNY
DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM W ROKU SZKOLNYM 2008/2009
ETAP WOJEWÓDZKI
Drogi Uczniu,
witaj na III etapie konkursu fizycznego. Przeczytaj uważnie instrukcję i postaraj się prawidłowo rozwiązać
wszystkie zadania.
Arkusz liczy 6 stron i zawiera 10 zadań.
Przed rozpoczęciem pracy sprawdź swój arkusz.
Jeżeli zauważysz usterki, zgłoś je Komisji Konkursowej.
Zadania czytaj uważnie i ze zrozumieniem.
W zadaniach 1 – 5 odpowiedzi pisemnych udziel zgodnie z
poleceniami w oznaczonych miejscach.
W zadaniach 6 – 10 zakreśl lub wstaw odpowiednią odpowiedź.
Nie używaj kalkulatora ani korektora.
Laureatem etapu wojewódzkiego zostaje uczeń, który uzyskał
minimum 80% z maksymalnej liczby punktów, czyli 28 punktów.
Pracuj samodzielnie.
POWODZENIA!
Czas pracy:
90 minut
Liczba punktów
możliwych
do uzyskania: 35
Wypełnia komisja konkursowa
Uzyskane wyniki
Numer
zadania
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 RAZEM
(8 pkt) (3 pkt) (4 pkt) (4 pkt) (9 pkt) (1 pkt) (1 pkt) (1 pkt) (2 pkt.) (2 pkt) (35 pkt.)
Liczba
punktów
Liczba
punktów po
weryfikacji
Zatwierdzam:
1
FIZYKA ZE SŁOŃCEM ZWIĄZANA
Zadanie 1 (8 pkt.)
Dziennik badawczy Dominika Dociekliwego
„Znak drogowy na baterię słoneczną”
Baterie słoneczne to urządzenia, w których następuje bezpośrednia
zamiana pochodzącej ze Słońca energii promieniowania elektromagnetycznego
z zakresu widzialnego lub bliskiej podczerwieni na energię elektryczną. Na
pojedynczym fotoogniwie krzemowym uzyskuje się napięcie ok. 0,5 V.
Ogniwa łączy się w baterie. Do baterii podłączany jest bezobsługowy
akumulator i regulator ładowania tworząc system fotowoltaiczny. W języku
potocznym systemy fotowoltaiczne nazywamy bateriami słonecznymi. Baterie
słoneczne mają ostatnio coraz większe zastosowanie m. in. do zasilania sygnalizacji drogowej.
Chciałbym obliczyć, jaka powinna być moc baterii oraz jaką pojemność powinien mieć akumulator
zasilający znak drogowy „Uwaga! Przejście dla pieszych”. Taki znak (dostosowany do prądu stałego
o napięciu 12 V) jest podświetlany od wewnątrz, ma dwa pulsujące ostrzegawcze źródła światła i lampę
doświetlającą przejście dla pieszych. W dzień świecą jedynie pulsujące światła ostrzegawcze o mocy 10 W,
a nocą moc całej instalacji świetlnej znaku wynosi 21 W. W Polsce fotoogniwa latem mogą wytwarzać prąd
przez 10 godzin dziennie, zimą zaledwie przez 3 godziny (w takim czasie akumulator musi się naładować).
Chciałbym, aby akumulator (12 V) zapewnił działanie znaku przez 8 kolejnych pochmurnych dni zimowych,
przy początkowym pełnym jego naładowaniu. Przy tych najbardziej niekorzystnych warunkach
pogodowych znak pracuje całą dobę tak jak nocą.
Korzystając z informacji podanych przez Dominika
a) (1 pkt.) uzupełnij zdania:
Znak ostrzegawczy „Uwaga! Przejście dla pieszych” pracuje pod napięciem ………………………
(stałym, zmiennym)
o wartości …….. . Minimalna moc pobierana przez znak to ………………, a maksymalna ……………. .
b) (2 pkt.) oblicz, jakie jest dobowe zużycie energii przy najbardziej niekorzystnych warunkach
pogodowych (wynik podaj w Wh lub kWh) i podaj, w jakim czasie bateria musi wytworzyć taką energię.
c) (2 pkt) oblicz, jaką moc powinna mieć bateria słoneczna.
d) (3 pkt.) oblicz, jaką pojemność powinien mieć akumulator (w Ah) zastosowany w tym systemie
fotowoltaicznym, by sprostać wymaganiom Dominika. Pojemność akumulatora określa wielkość ładunku,
który można uzyskać, rozładowując w pełni naładowany akumulator.
2
Zadanie 2 (3 pkt.) Suszarka
Jakie napięcie otrzymamy na uzwojeniu wtórnym transformatora, jeżeli jego uzwojenie pierwotne
podłączymy do systemu fotowoltaicznego opisanego w poprzednim zadaniu zamiast znaku drogowego?
Uzwojenie pierwotne transformatora posiada 20 zwojów, a wtórne 380 zwojów.
Do uzwojenia wtórnego podłączono suszarkę do włosów. Obok
220 - 230 V ~ /50 – 60 Hz
zamieszczono tabliczkę znamionową tej suszarki. Czy ta suszarka będzie
1300 – 1400 W
działała? Odpowiedzi uzasadnij.
Zadanie 3 (4 pkt.) Księżyc
Oblicz czas, po którym dotrze do Ziemi promień świetlny po odbiciu od Księżyca. Średnia odległość
Księżyca od Ziemi jest około 390 razy mniejsza od średniej odległości Ziemi od Słońca. W obliczeniach
m
przyjmij: 1 AU = 150 mln km , a prędkość światła 3 ⋅ 108 .
s
Zadanie 4 (4 pkt.) Szyny
Stalowe szyny kolejowe układano wiosną, gdy temperatura powietrza wynosiła 5 ºC. Szyny miały
wówczas długość 20 m. Latem, gdy temperatura wzrosła do 30 ºC, przerwy dylatacyjne między szynami
wynosiły 4 mm. Wiedząc, że stalowy pręt o długości 1 m po ogrzaniu o 100 ºC wydłuża się o 1,2 mm, oblicz
a) jaką długość ma szyna latem, gdy ogrzeje się do 30 ºC.
b) jakie przerwy dylatacyjne pozostawiono wiosną między szynami?
3
Zadanie 5 (9 pkt.)
Dziennik badawczy Dominika Dociekliwego
„Wysokość lustra”
Potrzebuję obliczyć, jakiej najmniejszej wysokości lustro należy kupić do naszego domu, aby w chwili
obecnej wszyscy domownicy mogli się w nim przejrzeć od stóp po czubek głowy. Na jakiej wysokości nad
podłogą należy zawiesić to lustro? W mojej rodzinie najniższa jest siostra, która ma teraz 120 cm wzrostu.
Najwyższy jest mój tata, który ma (w butach ☺) 186 cm wzrostu. Oczy siostry znajdują się na wysokości
110 cm nad podłogą, a taty 174 cm.
Rysunek 1
T
H
S
Ho
h
ho
z
P
Ściana, na której
ma wisieć lustro.
a) (4 pkt.) Na rysunku 1 wyznacz konstrukcyjnie obrazy charakterystycznych punktów P i T otrzymane
w zwierciadle płaskim. Dla jednego z narysowanych promieni zaznacz kąt padania i odbicia. Podaj
wszystkie cechy obrazu otrzymanego w zwierciadle płaskim. Przyjmij, że zwierciadło jest na całej ścianie.
b) (5 pkt.) Na rysunku 2 narysuj bieg promieni wyznaczających położenie lustra o minimalnych wymiarach,
dzięki którym Tata i siostra Dominika widzą swoje czubki palców i swój czubek głowy.
Oblicz najmniejszą wysokość lustra w domu Dominika oraz wysokość nad podłogą, na jakiej należy je
zawiesić (górną krawędź lustra).
4
Odp.:
Rysunek 2
T
H
S
Ho
h
ho
z
Ściana, na której
ma wisieć lustro.
P
Zadanie 6 (1 pkt.) Pryzmat 1
Promień światła po przejściu przez szklany pryzmat tworzy widmo na ekranie E. Wskaż poprawny
rysunek.
A)
czerwony
fioletowy
fioletowy
czerwony
E
C)
czerwony
fioletowy
czerwony
fioletowy
B)
E
E
D)
E
5
Zadanie 7 (1 pkt.)
A)
B)
C)
D)
W pryzmacie promień światła ulega
interferencji i dyfrakcji.
załamaniu i rozszczepieniu.
załamaniu i interferencji.
rozszczepieniu i dyfrakcji.
Zadanie 8 (1 pkt.)
A)
B)
C)
D)
Pryzmat 2
Zorza
Zorza polarna to zjawisko
obserwowane w obszarze równika Ziemi. Powstaje w wyniku ruchu cząstek obdarzonych ładunkiem
elektrycznym pochodzących ze Słońca w polu grawitacyjnym Ziemi.
obserwowane w obszarze biegunów magnetycznych Ziemi. Powstaje w wyniku ruchu cząstek
obdarzonych ładunkiem elektrycznym pochodzących ze Słońca w polu elektrostatycznym Ziemi.
obserwowane w obszarze równika Ziemi. Powstaje w wyniku ruchu cząstek obdarzonych ładunkiem
elektrycznym pochodzących ze Słońca w polu magnetycznym Ziemi.
obserwowane w obszarze biegunów magnetycznych Ziemi. Powstaje w wyniku ruchu cząstek
obdarzonych ładunkiem elektrycznym pochodzących ze Słońca w polu magnetycznym Ziemi.
Zadanie 9 (2 pkt.) Ziemia
Uzupełnij zdanie:
Pole ………………… Ziemi z określonymi zwrotami linii tego pola poprawnie przedstawia rysunek ………
S
N
S
N
S
N
A)
C)
B)
N
+
–
S
–
+
D)
E)
F)
Zadanie 10 (2 pkt.) Synteza
Rysunek przedstawia model reakcji syntezy zachodzącej w Słońcu polegającej na połączeniu jądra
deuteru 12 H z jądrem trytu 13 H .
a) W modelu „kulki” szare przedstawiają
A) elektrony.
B) protony.
C) neutrony.
D) jądra.
?
+
deuter
2
1
b) Produkt reakcji oznaczony „?” to
A)
2
1
He
B) 24 He
C) 24 H
H
tryt
3
1
H
D) 22 He
6
BRUDNOPIS
7
8
KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI
ETAP WOJEWÓDZKI 2008/2009
ODPOWIEDZI I PROPOZYCJA PUNKTACJI
Za poprawne rozwiązanie zadania innym sposobem niż podany poniżej przyznaje się
maksymalną ilość punktów.
Uwaga: Jeśli uczeń nie zapisuje odpowiedniego wzoru, lecz go stosuje, to przyznajemy mu pełną ilość
punktów za obliczenie danej wielkości.
Zadanie 1 (8 pkt.) „Znak drogowy na baterię słoneczną”
a) Znak ostrzegawczy „Uwaga! Przejście dla pieszych” pracuje
przy napięciu stałym o wartości 12 V. Minimalna moc pobierana
przez znak to 10 W, a maksymalna 21 W.
b) W1 = 21 W ⋅ 24 h = 504 Wh . Bateria musi wytworzyć taką
energię w czasie 3 h.
W
504 Wh
c) Moc baterii P =
(1), P =
= 168 W .
t
3h
W
d) Pojemność akumulatora obliczamy ze wzoru q =
(2).
U
W akumulatorze musi być zgromadzona energia niezbędna do
nieprzerwanej pracy znaku przez 8 dni, czyli
W = 504 Wh ⋅ 8 = 4032 Wh . Pojemność akumulatora
4032 Wh
q=
= 336 Ah .
12 V
Zadanie 2 (3 pkt.) Suszarka
Na uzwojeniu wtórnym transformatora nie otrzymamy żadnego
napięcia. Ten system fotowoltaiczny jest źródłem prądu stałego
a nie zmiennego, czyli transformator nie będzie działał. Suszarka
także nie będzie działała.
Zadanie 3 (4 pkt.) Księżyc
Odległość, którą pokonuje światło biegnące od Księżyca do
1
1
15
Ziemi wynosi s =
⋅ 1 AU =
⋅ 150 ⋅ 109 m = ⋅ 109 m .
390
390
39
Promień świetlny z Księżyca na Ziemię dotrze w czasie
15
⋅ 109 m
50
11
=
t = 39
s = 1 s ≈ 1,28 s .
m
39
39
3 ⋅ 108
s
Zadanie 4 (4 pkt.) Szyny
Stalowa szyna o długości 20 m przy ogrzaniu o 100 °C wydłuży
się o 20 ⋅1,2 mm = 24 mm (1), a przy ogrzaniu o 25 °C (od 5°C do
25
30°C) wydłuży się o 24 mm ⋅
= 6 mm (2).
100
a) Latem długość szyny wynosi 2m + 6 mm = 2,006 m (3).
b) Przerwy dylatacyjne latem wynosiły 4 mm, to oznacza, że
wiosną między szynami pozostawiono szczeliny o długości
4 mm + 6 mm = 10 mm (4).
a) Poprawne uzupełnienie
wszystkich informacji.
1 pkt
b) Obliczenie maksymalnej
energii zużytej w ciągu doby.
Podanie czasu.
c)Zapisanie wzoru (1.)
Obliczenie mocy baterii.
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
d) Zapisanie wzoru (2).
Obliczenie maksymalnej pracy.
Obliczenie pojemności
akumulatora.
1 pkt
1 pkt
Odpowiedź 1.
Odpowiedź 2.
Uzasadnienie.
1 pkt
1 pkt
1 pkt.
Zastosowanie 1 AU jako
średniej odległości Ziemi od
Słońca to
Obliczenie średniej odległości
Księżyca od Ziemi.
1 pkt
Obliczenie czasu.
1 pkt
Poprawność obliczeń i działań
na jednostkach.
1 pkt
Obliczenie wydłużenia szyny
ogrzanej o 100 °C (1).
Obliczenie wydłużenia szyny
ogrzanej o 25 °C (2).
Obliczenie długości szyny
latem (3).
Obliczenie długości przerwy
dylatacyjnej wiosną (4).
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
Zadanie 5 (9 pkt.)
T
„Wysokość lustra”
4’
4
L2
T’
2’
H
Ho
S
3’
3
a) Konstrukcja
obrazu punktu P.
Konstrukcja
obrazu punktu T.
Zaznaczenie kata
padania i odbicia.
Określenie cech
obrazu.
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1’
h
α'
α
ho
z
L1
2
P
1
O
Ściana, na której
ma wisieć lustro.
P’
a) Obraz otrzymany w zwierciadle płaskim jest pozorny, prosty i tej samej
wielkości co przedmiot.
h
b) Dolna krawędź lustra (punkt L1) znajduje się na wysokości OL1 = o ,
2
czyli 55 cm nad podłogą. Górna krawędź lustra (punkt L2) znajduje się na
H − Ho H + Ho
wysokości OL2 = H −
=
, czyli
2
2
174 cm + 186 cm
= 180 cm nad podłogą.
2
H + H o ho 1
Wysokość lustra lmin = OL2 − OL1 =
− = ( H + H o − ho ) , czyli
2
2 2
186 cm + 174 cm − 110 cm
= 125 cm .
2
Odp. Najmniejsza wysokość lustra w rodzinie Dominika to 125 cm.
Należy je zawiesić na wysokości 180 cm nad podłogą.
Zadanie 6 (1 pkt.)
Odp. A
Pryzmat 1
Zadanie 7 (1 pkt.)
Odp. B
Pryzmat 2
Zadanie 8 (1 pkt.)
Odp.: D
Zorza
b) Narysowanie
promieni, dzięki
którym tata i siostra
widzą:
swoje czubki palców
1-1’, 2-2’,
swoje czubki głów
3-3’, 4-4’.
Obliczenie położenia
punktu L1.
Obliczenie położenia
punktu L2.
Obliczenie wysokości
lustra.
Zapisanie odpowiedzi.
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt
1 pkt.
1 pkt.
Zadanie 9 (2 pkt.) Ziemia
Pole magnetyczne Ziemi z określonymi zwrotami linii tego pola
poprawnie przedstawia rysunek A.
Zadanie 10 (2 pkt.) Synteza
a) Odp.: C
b) Odp.: B
1 pkt.
Odpowiedź 1.
Odpowiedź 2.
1 pkt
1 pkt
1 pkt.
1 pkt.