wspólny cel

Transkrypt

wspólny cel
© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres ser wisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Matura 2007 – zadania z poziomu podstawowego
Arkusz 1
Zadania zamkniête
W zadaniach 0d 1. do 10. wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi jedn¹ poprawn¹ odpowiedŸ.
Zadanie 1. (1 pkt)
Dwaj rowerzyœci poruszaj¹c siê w kierunkach wzajemnie prostopad³ych oddalaj¹ siê od siebie z prêdkoœci¹
wzglêdn¹ o wartoœci 5 m/s. Wartoœæ prêdkoœci jednego z nich jest równa 4 m/s, natomiast wartoœæ
prêdkoœci drugiego rowerzysty wynosi
A. 1 m/s.
B. 3 m/s.
C. 4,5 m/s.
D. 9 m/s.
Zadanie 2. (1 pkt)
Spadochroniarz o masie 75 kg opada na spadochronie pionowo w dó³ z prêdkoœci¹ o sta³ej wartoœci 5 m/s.
Si³a oporów ruchu ma wartoœæ oko³o
A. 25 N.
B. 75 N.
C. 250 N.
D. 750 N.
Zadanie 3. (1 pkt)
Linie pola magnetycznego wokó³ dwóch równoleg³ych umieszczonych blisko siebie przewodników, przez które
p³yn¹ pr¹dy elektryczne o jednakowych natê¿êniach, tak jak pokazano poni¿ej, prawid³owo ilustruje rysunek
rysunek 1
rysunek 2
rysunek 3
rysunek 4
Zadanie 4. (1 pkt)
Monochromatyczna wi¹zka œwiat³a wys³ana przez laser pada prostopadle na siatkê dyfrakcyjn¹. Na ekranie
po³o¿onym za siatk¹ dyfrakcyjn¹ mo¿emy zaobserwowaæ
A. jednobarwne pr¹¿ki dyfrakcyjne.
B. pojedyncze widmo œwiat³a bia³ego.
C. pojedynczy jednobarwny pas œwiat³a.
D. widma œwiat³a bia³ego u³o¿one symetrycznie wzglêdem pr¹¿ka zerowego.
Strona 1
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
ZamKor
Data utworzenia:
2008-07-02
© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres ser wisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Zadanie 5. (1 pkt)
Zasada nieoznaczonoœci Heisenberga stwierdza, ¿e
A. im dok³adniej ustalimy wartoœæ pêdu cz¹stki, tym dok³adniej znamy jej po³o¿enie.
B. im dok³adniej ustalimy wartoœæ pêdu cz¹stki, tym mniej dok³adnie znamy jej po³o¿enie.
C. nie ma zwi¹zku pomiêdzy dok³adnoœciami ustalenia wartoœci pêdu i po³o¿enia cz¹stki.
D. im mniej dok³adnie znamy wartoœæ pêdu cz¹stki, tym mniej dok³adnie mo¿emy ustaliæ jej po³o¿enie.
Zadanie 6. (1 pkt)
Wi¹zka dodatnio na³adowanych cz¹stek pochodzenia kosmicznego
dociera do Ziemi prostopadle do jej powierzchni w okolicach równika
(rys.). W wyniku dzia³ania ziemskiego pola magnetycznego zostanie
ona odchylona w kierunku
A. pó³nocnym.
B. po³udniowym.
C. wschodnim.
D. zachodnim.
Zadanie 7. (1 pkt)
Rozci¹gniêcie sprê¿yny o 1 cm z po³o¿enia równowagi wymaga
wykonania pracy 2 J. Rozci¹gniêcie tej samej sprê¿yny o 3 cm,
równie¿ z po³o¿enia równowagi, wymaga wykonania pracy
A. 6 J.
B. 12 J.
C. 18 J.
D. 24 J.
Zadanie 8. (1 pkt)
Podczas przejœcia wi¹zki œwiat³a z oœrodka o wiêkszym wspó³czynniku za³amania do oœrodka o mniejszym
wspó³czynniku za³amania
d³ugoæ fali
prêdkoœæ fali
A.
roœnie,
roœnie,
B.
roœnie,
maleje,
C.
maleje,
roœnie,
D.
maleje,
maleje,
Zadanie 9. (1 pkt)
Sprawnoœæ silnika cieplnego wynosi 20%. W ci¹gu 1 godziny silnik oddaje do ch³odnicy 20 kJ energii. W tym
czasie pobiera on z grzejnika energiê ciepln¹ o wartoœci
A. 25 kJ.
Strona 2
B. 40 kJ.
C. 50 kJ.
D. 100 kJ.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
ZamKor
Data utworzenia:
2008-07-02
Zadanie 10. (1 pkt)
Trzy czwarte pocz¹tkowej liczby j¹der pewnego izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi w czasie
24 godzin. Okres po³owicznego rozpadu tego izotopu jest równy
A. 2 godziny.
B. 4 godziny.
C. 8 godzin.
D. 12 godzin.
Zadania otwarte
Zadanie 11. Samochód (2 pkt)
Samochód rusza z miejsca ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem o wartoœci 3 m/s2
i porusza siê po prostoliniowym, poziomym odcinku autostrady. Oblicz wartoœæ prêdkoœci œredniej samochodu po pierwszych czterech sekundach ruchu.
Zadanie 12. Wagon (2 pkt)
Lokomotywa manewrowa pchnê³a wagon o masie 40 ton nadaj¹c mu pocz¹tkow¹ prêdkoœæ o wartoœci
5 m/s. Wagon poruszaj¹c siê ruchem jednostajnie opóŸnionym zatrzyma³ siê po up³ywie 20 s. Oblicz wartoœæ
si³y hamuj¹cej wagon.
Zadanie 13. Pi³ka (3 pkt)
Gimnastyczka wyrzuci³a pionowo w górê pi³kê z prêdkoœci¹ o wartoœci 4 m/s. Pi³ka w momencie wyrzucania
znajdowa³a siê na wysokoœci 1 m licz¹c od pod³ogi. Oblicz wartoœæ prêdkoœci, z jak¹ pi³ka uderzy o pod³ogê.
Za³ó¿, ¿e na pi³kê nie dzia³a si³a oporu.
Zadanie 14. Kule (3 pkt)
Dwie ma³e jednorodne kule A i B o jednakowych masach umieszczono w odleg³oœci 10 cm od siebie. Kule te
oddzia³ywa³y wówczas si³¹ grawitacji o wartoœci 6,67× 10-9 N. Obok tych kul umieszczono ma³¹ jednorodn¹
kulê C tak, jak pokazano na rysunku (widok z góry). Masa kuli C jest czterokrotnie wiêksza od masy kuli B,
a odleg³oœæ pomiêdzy kul¹ B i C wynosi 20 cm.
Oblicz wartoœæ wypadkowej si³y grawitacji dzia³aj¹cej na kulê B.
Strona 3
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Zadanie 15. Pierwsza prêdkoœæ kosmiczna (2 pkt)
Wyka¿ (nie obliczaj¹c wartoœci liczbowych), ¿e wartoœæ pierwszej prêdkoœci kosmicznej dla Ziemi mo¿na obliczyæ z zale¿noœci u = g R Z , gdzie: g – wartoœæ przyspieszenia ziemskiego na powierzchni Ziemi, a R Z – promieñ Ziemi.
Zadanie 16. Mars (4 pkt)
Planuje siê, ¿e do 2020 roku zostanie za³o¿ona na powierzchni Marsa baza dla kosmonautów. Wiêkszoœæ
czasu podczas lotu na Marsa statek kosmiczny bêdzie podró¿owa³ z wy³¹czonymi silnikami napêdowymi.
16.1. (2 pkt)
Ustal, czy podczas lotu na Marsa (z wy³¹czonymi silnikami) kosmonauci bêd¹ przebywali w stanie niewa¿koœci. OdpowiedŸ krótko uzasadnij, odwo³uj¹c siê do praw fizyki.
Wokó³ Marsa kr¹¿¹ dwa ksiê¿yce Fobos (Groza) i Dejmos (Strach). Obiegaj¹ one planetê po prawie ko³owych
orbitach po³o¿onych w p³aszczyŸnie jej równika. W tabeli poni¿ej podano podstawowe informacje dotycz¹ce
ksiê¿yców Marsa.
Ksiê¿yc
Œrednia odleg³oœæ od
Marsa w tys. km
Okres obiegu
w dniach
Œrednica
w km
Masa
w 10 20 kg
Gêstoœæ3
w kg m
9,4
0,32
27
0,0001
2200
23,5
1,26
13
0,00002
1700
Fobos
Dejmos
Na podstawie: „Atlas Uk³adu S³onecznego NASA”, Prószyñski i S-ka, Warszawa 1999 r.
16.2. (2 pkt)
Wyka¿, korzystaj¹c z danych w tabeli i wykonuj¹c niezbêdne obliczenia, ¿e dla ksiê¿yców Marsa spe³nione
jest III prawo Keplera.
17. Za³amanie œwiat³a (4 pkt)
Monochromatyczna wi¹zka œwiat³a biegn¹ca w powietrzu pada na przeŸroczyst¹ p³ytkê p³asko-równoleg³¹ tak
jak pokazano na rysunku.
Strona 4
a = 30°
a = 45°
a = 60°
sin a
0,5000
0,7071
0,8660
cos a
0,8660
0,7071
0,5000
tg a
0,5774
1,0000
1,7321
ctg a
1,7321
1,0000
0,5774
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
17.1. (2 pkt)
Oblicz wspó³czynnik za³amania materia³u, z którego wykonano p³ytkê. Wykorzystaj informacje zawarte na
rysunku oraz tabelê.
17.2. (2 pkt)
Zapisz dwa warunki, jakie musz¹ byæ spe³nione, aby na granicy dwóch oœrodków wyst¹pi³o zjawisko
ca³kowitego wewnêtrznego odbicia.
Zadanie 18. Wahad³o matematyczne (6 pkt)
Równanie opisuj¹ce zale¿noœæ wychylenia od czasu, dla ma³ej kulki zawieszonej na cienkiej nici i poruszaj¹cej siê ruchem harmonicznym, ma w uk³adzie SI postaæ: x = 0,02 sin 20 t . Do obliczeñ przyjmij, ¿e uk³ad
ten mo¿na traktowaæ jako wahad³o matematyczne oraz, ¿e wartoœæ przyspieszenia ziemskiego jest równa
10 m/s2.
18.1. (2 pkt)
Oblicz d³ugoœæ tego wahad³a.
18.2. (4 pkt)
Przedstaw na wykresie zale¿noœæ wychylenia tego wahad³a od czasu. Na wykresie zaznacz wartoœci liczbowe
amplitudy oraz okresu drgañ.
Zadanie 19. Gaz (2 pkt)
W cylindrze o objêtoœci 15 dm3 znajduje siê wodór. Ciœnienie wodoru jest równe 1013,82 hPa, a jego temperatura wynosi 27oC. Oblicz liczbê moli wodoru znajduj¹cych siê w cylindrze.
Zadanie 20. Atom wodoru (3 pkt)
Elektron w atomie wodoru przechodzi z orbity drugiej na pierwsz¹. Atom emituje wówczas œwiat³o, którego
d³ugoœæ fali w pró¿ni wynosi 1,22× 10-7 m.
20.1. (1 pkt)
Oblicz czêstotliwoœæ fali wysy³anej podczas tego przejœcia.
20.2. (2 pkt)
Oblicz energiê emitowanego fotonu. Wynik podaj w eV.
Zadanie 21. Reakcje j¹drowe (3 pkt)
Bombardowanie j¹der glinu
27
13
Al neutronami wywo³uje ró¿ne skutki w zale¿noœci od ich prêdkoœci. Powolne
neutrony zostaj¹ poch³oniête przez j¹dra glinu. Neutrony o wiêkszych prêdkoœciach powoduj¹ powstanie
Strona 5
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
j¹der magnezu (Mg) i emisjê protonów. Jeszcze szybsze neutrony wyzwalaj¹ emisjê cz¹stek a i powstanie
j¹der sodu (Na). Zapisz opisane powy¿ej reakcje.
Zadanie 22. Elektron (3 pkt)
Elektrony w kineskopie telewizyjnym s¹ przyspieszane napiêciem 14 kV. Oblicz d³ugoœæ fali de Broglie'a dla
padaj¹cego na ekran elektronu. Efekty relatywistyczne pomiñ.
Zadanie 23. Fotokomórka (3 pkt)
Oblicz minimaln¹ wartoœæ pêdu fotonu, który padaj¹c na wykonan¹ z cezu katodê fotokomórki spowoduje
przep³yw pr¹du. Praca wyjœcia elektronów z cezu wynosi 2,14 eV.
Strona 6
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Matura 2007 – zadania z poziomu rozszerzonego
Arkusz 2
Zadanie 1. Kulka i wózek (12 pkt)
Stalowa kulka o masie 1 kg, wisz¹ca na nici o d³ugoœci 1,8 m
zosta³a odchylona od pionu o k¹t 90° wzd³u¿ ³uku AB, a nastêpnie
zwolniona (rys.). Po zwolnieniu uderzy³a w spoczywaj¹cy stalowy
wózek, który zacz¹³ poruszaæ siê po szynach praktyczne bez tarcia.
Masa wózka wynosi 2 kg. Przyjmij, ¿e zderzenie cia³ by³o doskonale
sprê¿yste.
1.1 (2 pkt)
Oblicz pracê, jak¹ trzeba wykonaæ powoli odchylaj¹c pionowo
wisz¹c¹ kulkê z po³o¿enia A do po³o¿enia B.
1.2 (2 pkt)
Wyka¿, ¿e wartoœæ prêdkoœci kulki w chwili uderzenia w wózek wynosi 6 m/s.
1.3 (2 pkt)
Oblicz wartoœæ si³y naci¹gu nici w momencie gdy kulka uderza w wózek. Przyjmij, ¿e wartoœæ prêdkoœci kulki
podczas uderzenia w wózek wynosi 6 m/s.
Wartoœci prêdkoœci cia³ po zderzeniu mo¿na obliczyæ stosuj¹c wzory:
u1 =
m1 - m2
2m 2
u1 +
u
m1 + m2
m1 + m2 2
oraz
u2 =
2m 1
m2 - m1
u1 +
u
m1 + m2
m1 + m2 2
gdzie wartoœci prêdkoœci dla obu cia³ oznaczono odpowiednio:
u1 – dla kulki przed zderzeniem,
u 1 – dla kulki po zderzeniu,
u2 – dla wózka przed zderzeniem,
u 2 – dla wózka po zderzeniu.
1.4 (2 pkt)
Zapisz, korzystaj¹c z przyjêtych powy¿ej oznaczeñ, równania wynikaj¹ce z zasad zachowania, które powinny
byæ zastosowane do opisu zderzenia kulki z wózkiem (pozwalaj¹ce wyprowadziæ powy¿sze zale¿noœci)
1.5 (2 pkt)
Oblicz wartoœci prêdkoœci jakie uzyskaj¹ wózek i kulka w wyniku zderzenia. Wykorzystaj wzory podane w treœci
zadania. Przyjmij, ¿e kulka uderza w wózek z prêdkoœci¹
o wartoœci 6 m/s.
Strona 7
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
1.6 (2 pkt)
Wózek po uderzeniu kulki odje¿d¿a, natomiast kulka zaczyna poruszaæ siê ruchem drgaj¹cym, w którym niæ
podczas maksymalnego wychylenia tworzy z pionem k¹t 27o. Podaj, czy w opisanej sytuacji mo¿na dok³adnie
obliczyæ okres wahañ takiego wahad³a korzystaj¹c z zale¿noœci T = 2p
l
. OdpowiedŸ uzasadnij.
g
Zadanie 2. Pr¹d zmienny (12 pkt)
Do Ÿród³a pr¹du przemiennego poprzez uk³ad prostowniczy do³¹czono ¿arówkê, w której zastosowano w³ókno
wolframowe. Opór ¿arówki podczas jej œwiecenia wynosi³ 100 W. Na wykresie poni¿ej przedstawiono
zale¿noœæ natê¿enia pr¹du elektrycznego p³yn¹cego przez ¿arówkê od czasu.
2.1 (2 pkt)
Podaj, jak¹ wartoœæ oporu (wiêksz¹, czy mniejsz¹ ni¿ 100 W) mia³o w³ókno ¿arówki przed do³¹czeniem jej do
Ÿród³a pr¹du OdpowiedŸ uzasadnij.
2.2 (2 pkt)
Okreœl, analizuj¹c wykres, czêstotliwoœæ zmian napiêcia Ÿród³a pr¹du przemiennego zasilaj¹cego uk³ad
prostowniczy.
2.3 (2 pkt)
Oblicz wartoœæ ³adunku elektrycznego, jaki przep³yn¹³ przez ¿arówkê w czasie 0,02 s.
2.4 (4 pkt)
Naszkicuj wykres ilustruj¹cy zale¿noœæ napiêcia na ¿arówce od czasu. Na wykresie zaznacz odpowiednie
wartoœci. Wykres sporz¹dŸ dla przedzia³u czasu [0 s – 0,03 s]. Dokonaj niezbêdnych obliczeñ. Indukcyjnoœæ
obwodu pomiñ.
Strona 8
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
2.5 (2 pkt)
Na rysunkach poni¿ej przedstawiono schematy dwóch uk³adów zasilaj¹cych, w których zastosowano diody
prostownicze. Wska¿, który z uk³adów A czy B zastosowano w sytuacji opisanej w zadaniu. Oznacz na
wybranym przez Ciebie uk³adzie znakami + , – oraz ~ prawid³ow¹ biegunowoœæ czterech zacisków uk³adu
zasilaj¹cego.
Zadanie 3. Wózek (12 pkt)
Wózek z nadajnikiem fal ultradŸwiêkowych, spoczywaj¹cy w chwili t = 0, zaczyna oddalaæ siê od nieruchomego odbiornika ruchem jednostajnie przyspieszonym.
3.1 (2 pkt)
Napisz, jakim ruchem i w któr¹ stronê powinien poruszaæ siê nieinercjalny uk³ad odniesienia, aby opisywany
w tym uk³adzie wózek pozostawa³ w spoczynku.
Strona 9
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
3.2 (3 pkt)
W tabeli przedstawiono wyniki pomiarów czêstotliwoœci odbieranej przez odbiornik, po³o¿enia oraz wartoœci
prêdkoœci dla poruszaj¹cego siê wózka, dokonanych za pomoc¹ automatycznego uk³adu pomiarowego.
Przyjmij, ¿e wartoœæ prêdkoœci ultradŸwiêków w powietrzu wynosi 330 m/s.
f , Hz
1 000 000
998 789
996 582
996 377
995 175
993 976
x, m
0
0,1
0,4
0,9
1,6
2,5
uŸr , m/s
0
0,4
0,8
1,2
2,0
Uzupe³nij tabelê, wykonuj¹c niezbêdne obliczenia.
3.3 (3 pkt)
Narysuj zale¿noœæ uŸr2 od 2x, obliczaj¹c i uzupe³niaj¹c brakuj¹ce wartoœci tabeli.
f , Hz
1 000 000
998 789
996 582
996 377
995 175
993 976
x, m
0
0,1
0,4
0,9
1,6
2,5
0
0,4
0,8
1,2
2x, m
uŸr , m/s
2,0
uŸr2 , (m s) 2
3.4 (2 pkt)
WyprowadŸ zale¿noœæ matematyczn¹ pozwalaj¹c¹ obliczyæ wartoœæ przyspieszenia wózka. Przyjmij, ¿e dane
s¹ tylko po³o¿enie x i prêdkoœæ uŸr wózka.
3.5 (2 pkt)
Oblicz wartoœæ przyspieszenia wózka.
Zadanie 4. Reakcje rozszczepienia (12 pkt)
Spoœród pierwiastków wystêpuj¹cych naturalnie w Ziemi najwiêksz¹ liczbê atomow¹ ma uran. W uranie
naturalnym wystêpuj¹ g³ównie dwa izotopy 235U i 238U. W wyniku rozpadów promieniotwórczych uran 238U
przechodzi w tor 234Th, a nastêpnie w proaktyn 234Pa.
4.1 (2 pkt)
Uzupe³nij zapisy poni¿szych reakcji jadrowych.
238
.........
Strona 10
U®
234
90
Th + ......
234
90
Th ®
234
91
Pa + .......
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Rozszczepienie j¹dra uranu
235
92
U mo¿na spowodowaæ bombarduj¹c j¹dra uranu powolnymi neutronami
o energii oko³o 1 eV. W reakcji tej uwalnia siê energia oko³o 210 MeV.
Jedn¹ z mo¿liwych reakcji rozszczepienia uranu 235U przedstawiono poni¿ej: Przez x i y oznaczono odpowiednio liczbê neutronów i liczbê elektronów
235
92
U + 12n ®
140
58
Ce +
94
40
Zr + x × 10 n + y ×-10 e
4.2 (2 pkt)
Oblicz liczbê neutronów x oraz liczbê elektronów y , w reakcji rozszczepienia
235
U.
4.3 (2 pkt)
Oblicz wartoœæ prêdkoœci neutronu wywo³uj¹cego rozszczepienie uranu
235
U.
4.4 (2 pkt)
Podaj dwa warunki, które musz¹ byæ spe³nione, aby w materiale zawieraj¹cym
³añcuchowej.
235
U mog³o dojœæ do reakcji
4.5 (4 pkt)
Oblicz liczbê j¹der uranu 235U, które powinny ulec rozszczepieniu, aby uwolniona w reakcji energia
wystarczy³a do ogrzania 1 litra wody od temparatury 20° C do 100° C. Do obliczeñ przyjmij ciep³o w³aœciwe
J
wody równe 4200
.
kg × K
Zadanie 5. J¹dro atomowe a gwiazda neutronowa (12 pkt)
5.1 (2 pkt)
Zapisz dwie cechy si³ j¹drowych.
5.2 (3 pkt)
Wyka¿, ¿e œrednia gêstoœæ materii j¹drowej jest niezale¿na od liczby masowej. Wykorzystaj za³o¿enia podane
poni¿ej.
4
1. J¹dro atomowe mo¿na traktowaæ jako kulê (objêtoœæ kuli V = pR 3 ).
3
2. Empiryczny wzór okreœlaj¹cy promieñ j¹dra atomowego ma postaæ R = r
3
A , gdzie r = 1,2× 10-15 m,
zaœ A jest liczb¹ masow¹.
3. Masê j¹dra atomu mo¿na szacowaæ jako iloczyn liczby masowej i masy neutronu.
Masywne gwiazdy w koñcowym etapie ewolucji odrzucaj¹ zewnêtrzne warstwy materii i zapadaj¹c siê mog¹
tworzyæ gwiazdy neutronowe. Jeœli masa zapadaj¹cej siê czêœci gwiazdy jest dostatecznie du¿a to powstaje
Strona 11
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
„czarna dziura”. Czarna dziura to obiekt astronomiczny, który tak silnie oddzia³uje grawitacyjnie na swoje
otoczenie, ¿e ¿aden rodzaj materii ani energii nie mo¿e jej opuœciæ.
5.3 (3 pkt)
Oszacuj promieñ gwiazdy neutronowej o masie 12,56× 10 29 kg i œredniej gêstoœci równej 3× 10 17 kg m 3 .
5.4 (4 pkt)
Masywna gwiazda w wyniku ewolucji utworzy³a obiekt o masie 12,56× 10 29 kg i promieniu 1 km. Oszacuj
wartoœæ drugiej prêdkoœci kosmicznej dla tego obiektu. Oceñ, czy ten obiekt mo¿e byæ „czarn¹ dziur¹”.
OdpowiedŸ uzasadnij.
Strona 12
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Matura 2007 – rozwi¹zania zadañ z poziomu podstawowego
Arkusz 1
Zadania zamkniête
Nr zadania
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
OdpowiedŸ
B
D
D
A
B
C
C
A
A
D
W zadaniu 6 jest fatalny rysunek. Linie pola magnetycznego Ziemi nie przebiegaj¹ w taki sposób.
Zadania otwarte
Zadanie 11. Samochód (2 pkt)
m
, t = 4 s, u 0 = 0.
s2
Szukane: u œr = ?
Dane: a = 3
Sformu³owanie tematu nale¿a³oby poprawiæ: obliczyæ wartoœæ prêdkoœci œredniej nie „po” pierwszych
czterech sekundach ruchu, lecz „w czasie” pierwszych czterech sekund.
u œr =
at 2
,
u œr =
2t
s
,
t
s=
3
at
u œr = ,
2
u œr =
at 2
,
2
m
×4s
s2
,
2
u œr = 6
m
.
s
Zadanie 12. Wagon (2 pkt)
m
Dane: m = 40 ton, u 0 = 5 , u = 0, t = 20 s.
s
Szukane: F = ?
Wartoœæ przyspieszenia (opóŸnienia) wagonu:
a=
z drugiej zasady dynamiki a =
u0 - u
t
a=
u0
t
,
F
m
u0
t
=
F
m
40× 10 3 kg × 5
F=
Strona 13
,
20 s
Þ F=
m
s
,
m u0
,
t
F = 10 4 N = 10 kN.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Zadanie 13. Pi³ka (3 pkt)
m
Dane: u 0 = 4 , h = 1 m.
s
Szukane: u = ?
Korzystamy z zasady zachowania energii mechanicznej.
m u2
Energia pocz¹tkowa pi³ki: mgh +
.
2
m u2
Energia koñcowa:
.
2
u0
h
m u 20
m u2
,
= mgh +
2
2
u 2 = 2gh + u 20 ,
u = 2gh + u 20 ,
m
m2
u = 2× 1 m × 10 2 + 16 2 ,
s
s
u= 6
m
.
s
Zadanie 14. Kule (3 pkt)
Dane: F AB = 6,67× 10-9 N, AB = 10 cm, BC = 20 cm, m A = m B , mC = 4m A .
Szukane: Fw = ?
Fw = (F AB ) 2 + (FCB ) 2 ,
10 cm
A
FAB
FCB =
Gm B mC
(BC) 2
B
F AB =
Fw
FCB
20 cm
C
=
Gm A × 4m A
(BC) 2
Gm A m B
( AB) 2
Gm A2
( AB) 2
(BC) 2
,
,
4Gm A2 ü
FCB =
ï
400 cm 2 ï
ý Þ FCB = F AB .
Gm A2 ï
F AB =
100 cm 2 ï
þ
Fw = 2× (F AB ) 2 ,
Fw = 6,67× 10-9 × 2 N ,
Strona 14
=
=
4Gm A2
Fw = F AB × 2 ,
Fw » 9, 43× 10-9 N.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Zadanie 15. Pierwsza prêdkoœæ kosmiczna (2 pkt)
W ruchu satelity po orbicie w kszta³cie okrêgu o promieniu R si³ê doœrodkow¹ stanowi si³a grawitacji. Jeœli
satelita porusza siê z pierwsz¹ prêdkoœci¹ kosmiczn¹, to R » R Z .
m u 2 GmM Z
=
RZ
R Z2
Þ
u=
GM Z
.
RZ
Si³a grawitacji w pobli¿u powierzchni Ziemi ma wartoœæ zbli¿on¹ do mg .
GmM Z
R Z2
= mg
u=
gR Z2
,
RZ
Þ
GM Z = gR Z2 ,
u = gR Z .
Zadanie 16. Mars (4 pkt)
16.1 (2 pkt)
Kosmonauci podczas lotu na Marsa pojazdem z wy³¹czonymi silnikami bêd¹ w stanie niewa¿koœci.
Kosmonauta (tak jak i statek kosmiczny) posiada przyspieszenie grawitacyjne. Przyspieszenie to nadaje
ka¿demu kosmonaucie wy³¹cznie si³a grawitacji. Wynika z tego, ¿e na kosmonautê nie dzia³a si³a nacisku od
œcian pojazdu lub innych przedmiotów, które siê w nim znajduj¹, a na tym w³aœnie polega stan niewa¿koœci.
Podane w rozwi¹zaniu uzasadnienie jest nieprawid³owe. W rakiecie poruszaj¹cej siê z w³¹czonymi silnikami
kosmonauci i rakieta te¿ maj¹ jednakowe przyspieszenia, a stan niewa¿koœci nie wystêpuje!
16.2 (2 pkt)
Sprawdzamy, ¿e iloraz kwadratów okresów obiegu Marsa i szeœcianów œrednich odleg³oœci od Marsa jest dla
obu ksiê¿yców taki sam:
2
( 0,32 dni) 2
-13 ( dni)
,
»
1
,
23
×
10
( 9, 4× 10 3 km) 3
km 3
2
(1,26 dni) 2
-13 ( dni)
.
»
1
,
22
×
10
(23,5× 10 3 km) 3
km 3
Dla ksiê¿yców Marsa spe³nione jest trzecie prawo Keplera. (Czynnoœæ tutaj wykonana to sprawdzenie, a nie
wykazanie.)
Zadanie 17. Za³amanie œwiat³a (4 pkt)
Dane: 90°-a = 30°, b = 30°.
Szukane: n = ?
Strona 15
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
17.1 (2 pkt)
K¹t padania wynosi: a = 60°,
K¹t za³amania b = 30°, n =
sin a
,
sin b
n=
sin 60°
.
sin 30°
Z tabeli odczytujemy wartoœci sinusów dla tych k¹tów i obliczamy wspó³czynnik za³amania
n=
0,866
,
0,500
n » 1,73.
17.2 (2 pkt)
Warunki ca³kowitego wewnêtrznego odbicia:
1. Œwiat³o musi padaæ na granicê dwóch oœrodków od strony oœrodka o wiêkszym wspó³czynniku za³amania
(lub: od strony oœrodka, w którym ma mniejsz¹ szybkoœæ).
2. K¹t padania promienia œwietlnego musi byæ wiêkszy od k¹ta granicznego.
Zadanie 18. Wahad³o matematyczne (6 pkt)
Dane: x = 0,02× sin 20 × t (w SI), g = 10
m
.
s2
18.1 (2 pkt)
Szukane: l = ?
Ogólnie w ruchu harmonicznym
x ( t ) = A sin wt ,
(gdy faza pocz¹tkowa jest równa zeru)
zatem
w = 20
1
,
s
T = 2p
10
l»
l
g
czyli
Þ
m 4p 2 2
×
s
s 2 20
,
4p 2
T=
l=
2p
20
s,
gT 2
,
4p 2
l = 0,5 m.
18.2 (2 pkt)
Obliczamy przybli¿on¹ wartoœæ okresu T » 1, 4 s i z podanej funkcji x ( t ) odczytujemy wartoœæ amplitudy
A = 0,02 m.
Rysujemy wykres.
Strona 16
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
A,m
0,02
0,01
0
0,7
1,4
2,1
2,8 T,s
0,01
0,02
Zadanie 19. Gaz (2 pkt)
Dane: V = 15 dm 3 , p = 1013,82 hPa, t = 27° C.
Szukanw: n = ?
pV = nRT
1013,82× 10 2
n=
N
× 15× 10-3 m 3
2
m
J
8,31
× (27 + 273) K
mol× K
,
Þ
n=
n=
pV
,
RT
1013,82× 15
J× mol
,
× 10-3
8,31× 3
J
n = 0,61 mola.
Zadanie 20. Atom wodoru (3 pkt)
Dane: l = 1,22× 10-7 m, (2 ® 1).
20.1 (1 pkt)
Szukane: n = ?
c
n= ,
l
m
s
,
n=
-7
1,22× 10 m
3× 10 8
n » 1, 46× 10 15 Hz.
20.2 (2 pkt)
Szukane: E = ?
E = hn ,
hc
,
E=
l
6,63× 10-34 J× s× 3× 10 8
E=
-7
1,22× 10 m
1 eV = 1,6× 10-19 J ,
Strona 17
1 J=
m
s
,
E=
6,63× 3
× 10-19 J » 16,3× 10-19 J ,
1,22
1
× 10 19 eV = 0,625× 10 19 eV ,
1,6
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
E = 16,3× 10-19 × 0,625× 10 19 eV ,
E » 10,19 eV.
Zadanie 21. Reakcje j¹drowe (3 pkt)
1.
27
13
Al + 10 n ® 28
13 Al
2.
27
13
1
Al + 10 n ® 27
12Mg + 1p
3.
27
13
4
Al + 10 n ® 24
11 Na + 2 He
Zadanie 22. Elektron (3 pkt)
Dane: U = 14 kV.
Uzyskana przez elektron energia kinetyczna równa jest pracy si³ pola elektrycznego
m u2
= eU .
2
Z tego zwi¹zku obliczamy szybkoœæ osi¹gan¹ przez elektrony, a nastêpnie ich pêd i d³ugoœæ fali de Broglie'a.
2eU
,
m
u=
l=
h
h
,
=
mu
2eUm
6,63× 10-34 J× s
l=
l=
p = um = 2eUm ,
2× 1,6× 10-19 C× 14× 10 3 V × 9,1× 10-31 kg
6,63× 10
-34
J× s
32× 14× 9,1× 10
-48
J× kg
»
6,63
× 10-10
63,8
kg × m 2
s
,
kg × m
s
,
l » 1× 10-11 m.
Zadanie 23. Fotokomórka (3 pkt)
Dane: W = 2,14 eV.
Szukane: p min = ?
h n min = W ,
-19
p=
Strona 18
2,14× 1,6× 10
m
3× 10 8
s
J
p min =
h
l max
» 1,14× 10-27
=
h n min
,
c
kg × m 2
s2
,
m
s
p=
W
,
c
p » 1,14× 10-27
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
kg × m
.
s
Data utworzenia:
2008-07-02
Matura 2007 – rozwi¹zania zadañ z poziomu rozszerzonego
Arkusz 2
Zadanie 1. Kulka i wózek (12 pkt)
Dane: m 1 = 1 kg, l = h = 1,8 m, m 2 = 2 kg.
Szukane: W = ?
1.1 (2 pkt)
Praca jest równa przyrostowi energii potencjalnej kulki.
W = DE p ,
W = mgh ,
W = 1 kg × 10
m
× 1,8 m ,
s2
W = 18 J.
1.2 (2 pkt)
Wartoœæ prêdkoœci kulki obliczamy z zasady zachowania energii mechanicznej.
m 1 u2
,
m 1 gh =
2
u = 2× 1,8 m × 10
u = 2hg ,
m
,
s2
u= 6
m
.
s
1.3 (2 pkt)
W uk³adzie inercjalnym, zwi¹zanym z otoczeniem, kulka porusza siê po okrêgu.
W po³o¿eniu A si³a wypadkowa dzia³aj¹ca na kulkê jest si³¹ doœrodkow¹. Jest to
r
r
wypadkowa dwóch si³: ciê¿aru kulki m 1 g i si³y sprê¿ystoœci nici F s .
x
Fs
Fdoœr
2
m 1u
= Fs - m 1g ,
l
m 1u2
,
Fs = m 1g +
l
A
u
m1g
æ
u2 ö
÷
F s = m 1ç
g
+
ç
÷,
l ø
è
(*)
Po podstawieniu otrzymanego w punkcie 1.2 wyra¿enia na wartoœæ prêdkoœci kulki w po³o¿eniu A uzyskamy
wynik:
æ
2hg ö
÷,
gdzie h = l ,
F s = m 1çg +
l ø
è
F s = 3m 1 g ,
Strona 19
F s = 3× 1 kg × 10
m
,
s2
F s = 30 N.
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
r
r
Si³a rozci¹gaj¹ca niæ (F n ) ma tak¹ sam¹ wartoœæ, jak si³a F s , ale przeciwny zwrot (trzecia zasada dynamiki).
Zatem
F n = 30 N.
æ mö
Uwaga: Zdaj¹cy mo¿e do wzoru (*) podstawiæ od razu wartoœæ prêdkoœci ç6 ÷ i otrzymaæ wynik liczbowy
è sø
F s = 30 N.
Rozumowanie mo¿na przeprowadziæ tak¿e w uk³adzie nieinercjalnym, zwi¹zanym
z kulk¹.
W tym uk³adzie odniesienia si³y dzia³aj¹ce na kulkê równowa¿¹ siê. S¹ to si³y:
r
r
r
r
ciê¿koœci m 1 g , odœrodkowa bezw³adnoœci F b = -m 1a i sprê¿ystoœci nici F s .
r
r
r r
m 1g + Fb + Fs = 0 ,
Fs - m 1g - Fb = 0 ,
x
Fs
A
m1g
m 1u2
.
Fs = m 1g +
l
Fb
Po podstawieniu u = 2hg otrzymujemy wynik:
F s = 3m 1 g .
Dalsza czêœæ rozwi¹zania przebiega tak, jak w uk³adzie inercjalnym.
1.4 (2 pkt)
Zasada zachowania pêdu:
r
r
r
r
m 1u1 + m 2u2 = m 1 u 1 + m 2 u 2 .
Zasada zachowania energii kinetycznej:
m 1u12 m 2u22 m 1 u 21 m 2 u 22
.
+
=
+
2
2
2
2
1.5 (2 pkt)
Wspó³rzêdne prêdkoœci (oœ x zwrócona w prawo):
m1 - m2
×u ,
m1 + m2 1
(u2 = 0) ,
1 kg - 2 kg m
×6 ,
3 kg
s
u 1 = -2
u1 =
u1 =
Strona 20
m
.
s
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Znak „–” wspó³rzêdnej œwiadczy o tym, ¿e po zderzeniu (tzn. po odbiciu od wózka) kulka porusza³a siê w lewo
m
z prêdkoœci¹ o wartoœci 2 .
s
2m 1
u2 =
× u , (u2 = 0) ,
m1 + m2 1
u2 =
2 kg
m
×6 ,
3 kg
s
u2 = 4
m
.
s
m
Wózek po zderzeniu z kulk¹ zacz¹³ siê poruszaæ w prawo z prêdkoœci¹ o wartoœci 4 .
s
1.6 (2 pkt)
Z wzoru T = 2p
l
nie mo¿na dok³adnie obliczyæ okresu wahañ wahad³a, bo wzór ten stosuje siê dla ma³ych
g
k¹tów wychyleñ, a 27° jest doœæ du¿ym k¹tem.
Zadanie 2. Pr¹d zmienny (12 pkt)
2.1 (2 pkt)
Przed do³¹czeniem ¿arówki do Ÿród³a napiêcia opór jej w³ókna by³ mniejszy od 100 W, bo w³ókno mia³o nisk¹
temperaturê, a opór elektryczny metali roœnie ze wzrostem temperatury.
2.2 (2 pkt)
Z wykresu odczytujemy okres zmian natê¿enia pr¹du:
T = 0,02 s ,
n=
1
,
0,02 s
n=
1
,
T
n = 50 Hz.
2.3 (2 pkt)
W przypadku pr¹du o zmiennym natê¿eniu ³adunek przep³ywaj¹cy w obwodzie w pewnym przedziale czasu
oblicza siê jako iloczyn wartoœci œredniej natê¿enia pr¹du i szerokoœci przedzia³u. W podanym rozwi¹zaniu
szerokoœæ przedzia³u czasu pomno¿ono przez wartoœæ skuteczn¹ natê¿enia pr¹du; rozwi¹zanie jest wiêc
niepoprawne, bo natê¿enie skuteczne to nie to samo, co natê¿enie œrednie.
Wartoœæ œredni¹ funkcji w przedziale oblicza siê przez ca³kowanie tej funkcji, a to przekracza umiejêtnoœci
uczniów.
Zdaj¹cy mogliby oszacowaæ ³adunek wiedz¹c, ¿e jest on równy polu figury zawartej pod wykresem I ( t )
w odpowiednim przedziale czasu.
Strona 21
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
I,A
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0,01
0,005
t,s
Pole to mo¿na oszacowaæ graficznie:
Pole jednej kratki (której boki wyra¿one s¹ w odpowiednich jednostkach) wynosi:
0,001 s× 0,1 A = 1× 10-4 C .
Liczba ca³ych kratek w przedziale czasu: 0 – 0,005 s jest równa 12. Oszacowana liczba pozosta³ych kratek
wynosi 3,5, przy czym niepewnoœæ pomiarowa szacowania mo¿e byæ równa 0,5 kratki.
Zatem ³adunek przep³ywaj¹cy w przedziale czasu 0 – 0,005 s:
Q¢ = (12 + 3,5) × 10-4 C ± 0,5× 10-4 C ,
Q¢ = (15,5± 0,5) × 10-4 C ,
a ³adunek przep³ywaj¹cy przez ¿arówkê w czasie 0,02 s:
Q = 4× Q¢ = ( 62 ± 2) × 10-4 C = ( 6,2 ± 0,2) × 10-3 C .
W ten sposób ³adunek zosta³ oszacowany z niepewnoœci¹ pomiarow¹ wzglêdn¹ nieco wiêksz¹ od 3%.
Poni¿ej przedstawiamy poprawne obliczenie ³adunku za pomoc¹ ca³ki.
T
T
2
I max 2
1
I œr =
× 2× ò I max × sin wt × dt =
ò sin wt ×dt .
0,02 s
0,01 s 0
0
Po zmianie zmiennych: a = wt, da = wdt ,
p
I max
I max
I œr =
sin a× da =
(- cos a)
ò
0,01 s× w 0
0,01 s× w
I œr =
0
,
I max
2I max ×T
I max ×T
,
(1 + 1) =
=
0,01 s× w
0,01 s× 2p 0,01 s× p
Q = I œr × 0,02 s =
Q»
Strona 22
p
2× 0,5 A × 0,02 s
,
3,14
2I max ×T
,
p
Q » 6,37× 10-3 C .
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
Uwaga: 21.05.2007 na stronie internetowej CKE ukaza³o siê drugie rozwi¹zanie tej czêœci zadania 2,
równie¿ niepoprawne – podana tam wartoœæ œrednia natê¿enia pr¹du (bez informacji, w jaki sposób zosta³a
obliczona) jest niew³aœciwa.
2.4 (4 pkt)
Maksymalne napiêcie na w³óknie ¿arówki jest równe
U,V
50
0
0,01
0,02
U max = I max × R = 0,5 A × 100 W ,
0,03
t,s
U max = 50 V.
2.5 (2 pkt)
Zastosowano prostowanie dwupo³ówkowe, zatem nale¿y wybraæ uk³ad B. Bieguny zaznaczono na rysunku.
~
~
Zadanie 3. Wózek (12 pkt)
3.1 (2 pkt)
Nieinercjalny uk³ad odniesienia powinien poruszaæ siê w prawo ruchem jednostajnie przyspieszonym
z przyspieszeniem równym przyspieszeniu wózka.
3.2 (3 pkt)
Dane: f Ÿr = 1 MHz, u = 330
m
, f = 995175 Hz.
s
Szukane: uŸr = ?
Strona 23
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
f = f Ÿr ×
f ( u + uŸr ) = f Ÿr u
330
uŸr =
u
u + uŸr
,
uŸr =
Þ
u(f Ÿr - f )
m
(1000000 - 995175) Hz
s
,
995175 Hz
f
,
uŸr » 1,6
m
.
s
3.3 (3 pkt)
2x, m
æ m ö2
uŸr2 ,ç ÷
è sø
0,0
0,2
0,8
1,8
3,2
5,0
0,00
0,16
0,64
1,44
2,56
4,00
Uzupe³niamy tabelê, mno¿¹c znane wartoœci x przez 2 i podnosz¹c do kwadratu znane wartoœci uŸr .
Sporz¹dzamy wykres zale¿noœci uŸr2 (2x ).
uŸr2 m
s
( )
2
4
3
2
1
0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
2x,m
3.4 (2 pkt)
x=
at 2
,
2
uŸr = at .
Eliminuj¹c z tych równañ czas t, otrzymujemy zale¿noœæ uŸr (x ):
t=
Strona 24
2x
,
a
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
2x
,
a
uŸr = at = a
uŸr = 2xa .
Z ostatniego wzoru otrzymujemy
uŸr2
.
a=
2x
3.5 (2 pkt)
Podstawiamy dane z tabeli lub wykresu:
m2
m
s2
a=
= 0,8 2 .
5m
s
4
Zadanie 4. Reakcje rozszczepienia (12 pkt)
4.1 (2 pkt)
W przypadku pierwszej reakcji ró¿nica liczb masowych uranu i toru wskazuje, ¿e j¹dro uranu rozpad³o siê
przez wys³anie cz¹stki a:
238
92
UÞ
234
90
Th + 42 a
(lub
238
92
UÞ
234
90
Th + 42 He).
W przypadku drugiej reakcji liczby masowe j¹der toru i proaktynu s¹ jednakowe, st¹d wniosek, ¿e tor uleg³
rozpadowi, emituj¹c cz¹stkê b (i obojêtne neutrino). Zachowanie liczby Z wskazuje, ¿e by³a to cz¹stka b
(elektron):
234
90
0
0~
Th ® 234
91 Pa + -1 e + 0 n e
(lub
234
90
0
0~
Th ® 234
91 Pa + -1 b + 0 n e ).
4.2 (2 pkt)
Suma liczb masowych po obu stronach musi byæ jednakowa, zatem
235+ 1 = 140 + 94+ x × 1 Þ x = 2.
Z prawa zachowania ³adunku:
92 = 58 + 40 + y (-1) Þ y = 6.
Rozszczepieniu ulega nie j¹dro 235 U, lecz j¹dro 236 U (które powstaje po wnikniêciu neutronu do j¹dra 235 U);
jest to doœæ powszechny b³¹d.
W zadaniu reakcjê rozszczepienia przedstawiono b³êdnie. W reakcji tej suma liczb atomowych fragmentów
rozszczepienia musi byæ równa 92. Istotnie, to co zapisano po prawej stronie powstaje nie w wyniku samego
rozszczepienia, lecz w wyniku rozszczepienia i rozpadu b- fragmentów (ale innych ni¿ 58 Ce i 40 Zr).
Strona 25
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
4.3 (2 pkt)
Dane: m n = 1,68× 10-27 kg, E k = 1 eV.
Szukane: u = ?
m un
Ek =
2
u=
2× 1× 1,6× 10-19 J
,
1,68× 10-27 kg
u=
2
2E k
,
mn
Þ u=
3,2
kg × m 2
,
× 10 8
1,68
s 2kg
u = 1,38× 10 4
m
.
s
4.4 (2 pkt)
1. Obecnoœæ powolnych neutronów (tzw. termicznych).
2. Masa uranu musi byæ równa lub wiêksza od masy krytycznej.
4.5 (4 pkt)
Dane: E 1 = 210 MeV, m = 1 kg, c w = 4200
J
, DT = 80 K.
kg × K
Szukane: n = ?
E = n × E 1 (energia wyzwalana podczas rozszczepienia n j¹der uranu),
Q = c w m × DT (ciep³o potrzebne do ogrzania wody).
Q = E,
c w m × DT = nE 1
n=
4200× 1× 80 J× kg × K
,
210× 1,6× 10-13 kg × K × J
Þ n=
n=
c w m × DT
,
E1
42× 8
× 10 15 ,
21× 1,6
n = 1× 10 16 j¹der.
Zadanie 5. J¹dro atomowe, a gwiazda neutronowa (12 pkt)
5.1 (2 pkt)
1. S¹ to si³y krótkozasiêgowe.
2. Si³y te s¹ niezale¿ne od ³adunku.
5.2 (3 pkt)
Informacje do wykorzystania:
R = r ×3 A ,
Strona 26
r = 1,2× 10-15 m,
m = A×m n ,
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02
4
pR 3 ,
3
V=
r=
m
,
V
r=
A×m n
3
4
p (r 3 A )
3
,
r=
3A × m n
3
4pr A
,
r=
3m n
4pr 3
.
Z otrzymanego wzoru widaæ, ¿e liczba masowa j¹dra nie wp³ywa na jego gêstoœæ.
5.3 (3 pkt)
Dane: m = 12,56× 10 29 kg,
r œr = 3× 10 17
kg
.
m3
Szukane: R = ?
r œr =
m
m
=
4
V
pR 3
3
R=3
Þ R=3
3m
,
4pr œr
3× 12,56× 10 29 kg × m 3
,
4× 3,14× 3× 10 17 kg
R = 3 1× 10 12 m,
R = 10 4 m = 10 km.
5.4 (4 pkt)
uII =
uII =
2GM
,
R
2× 6,67× 10-11 × 12,56× 10 29 Nm 2 kg
,
10 3
kg 2 m
uII = 167,6× 10 15
kgm m
m
,
× = 16,76× 10 16
2
kg
s
s
uII » 4× 10 8
m
.
s
Druga prêdkoœæ kosmiczna dla tego obiektu ma wartoœæ wiêksz¹ od szybkoœci œwiat³a w pró¿ni
æ
mö
çc = 3× 10 8 ÷, zatem opisany obiekt mo¿e byæ czarn¹ dziur¹ – nawet fotony nie mog³yby siê z niego
sø
è
wydostaæ.
Strona 27
Dokument zosta³ pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrze¿one.
Data utworzenia:
2008-07-02