Konkurs Fizyczny dla gimnazjalistów województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2014/2015 Etap wojewódzki

Transkrypt

1 Konkurs Fizyczny dla gimnazjalistów województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2014/2015 Etap wojewódzki Klucz odpowiedzi i kryteria oceniania 1

2 ZDNI ZMKNIĘTE Zadanie 1 (3 pkt) Samochód osobowy startuje z punktu i jedzie po prostej drodze. Ruch tego samochodu opisuje poniższy wykres przy czym na tym wykresie nie zaznaczono symbolu wielkości odłożonej na osi pionowej. Dopasuj właściwe zdania do każdej z tych wielkości, wpisując w kratki odpowiednie litery. Jeśli na osi pionowej odłożono: ołożenie samochodu na drodze, to C. wykres jest błędny, bo ta wielkość nie może malec podczas ruchu Drogę przebytą przez samochód, to B. z wykresu wynika, że samochód poruszał się najpierw coraz szybciej, a potem zwalniał Wartość prędkości samochodu, to C. z wykresu wynika, że po dwóch godzinach samochód znów jest w punkcie i przebył drogę 240 km Zadanie 2 z inną niż jedna liczbą prawidłowych odpowiedzi (3 pkt) Jaś przykleił do swojej deskorolki drewniany klocek, po czym strzelił w niego strzałką z pistoletu sprężynowego. Zauważył, że deskorolka poruszyła się. Chcąc nadać deskorolce większą prędkość Jaś wziął: ) strzałkę z ostrym końcem, która wbije się w klocek B) strzałkę z tępym końcem, która odbije się sprężyście od klocka po strzale C) cięższą strzałkę, której nadał taką samą prędkość jak strzałkom z punktów i B D) taką samą strzałkę jak za pierwszym razem, tylko bardziej naciągnął sprężynę w pistolecie Zadanie 3 (4 pkt) Zaznaczenie: B, D, H, J B Zadanie 4 (3 pkt) rąd elektryczny powstający w alternatorze jest zmienny, ponieważ wynika to z prawa indukcji elektromagnetycznej. Różnica między alternatorem a prądnicą istnieje, ponieważ wirnik alternatora jest magnesem. Zaletą alternatora jest brak szczotek ślizgających się po komutatorze i zbierających prąd elektryczny Uznajemy również: Zaletą prądnicy jest obecność szczotek ślizgających się po komutatorze i zbierających prąd elektryczny Odpowiedzi: B, C, D są prawidłowe 3 pkt Brak jednej odp. lub zaznaczenie wszystkich 2 pkt Brak dwóch odpowiedzi Zaznaczenie lub brak zaznaczeń 0 pkt 1pkt za każde prawidłowe zaznaczenie za każde dwa prawidłowe zaznaczenia w zadaniu Zadanie 5 (4 pkt) Ziemski obserwator naszego Księżyca widzi stale tą samą jego stronę Kometa, zbliżając się do Słońca, rozwija warkocz pyłowo-gazowy Największym księżycem Układu Słonecznego jest Tytan Obserwowane z Ziemi fazy Księżyca są spowodowane przez częściowe lub całkowite jego zaćmienia przez Ziemię Wszystkie planety Układu Słonecznego obiegają Słońce po eliptycznych orbitach poruszając się w tą samą stronę Wszystkie planety wirują dookoła swoich osi obrotu w tą samą stronę F F F 7-8 odpowiedzi 4 pkt 5-6 odpowiedzi 3 pkt 3-4 odpowiedzi 2 pkt 1-2 odpowiedzi olska stała się ostatnio członkiem Europejskiej gencji Kosmicznej (ES) Rosetta to nazwa sondy kosmicznej Europejskiej gencji Kosmicznej badającej kometę Czuriumow-Gerasimienko 2

3 Zadanie 6 Kłopoty polarników(8 pkt) ZDNI OTWRTE 8 pkt ewnej wyprawie badawczej na biegun północny skończyła się woda. ostanowili więc rozpuścić bryłkę lodu, zagotować powstałą z niej wodę i zrobić 4 kubki herbaty. Wyposażenie wyprawy to między innymi: dwulitrowy garnek, napełniona 11 kilogramami metanu turystyczna butla gazowa z kuchenką, zapałki, mała siekierka, plastikowe kubki turystyczne o pojemności 200ml, herbata, cukier, scyzoryk, namioty, lampa naftowa i łyżki. Ciepło spalania metanu: 36 MJ/m 3, gęstość metanu:0,7 kg/m 3, ciepło właściwe wody:4200 J/(kg*K) ciepło właściwe lodu: 2100 J/(kg*K) ciepło topnienia lodu: 333 kj/kg gęstość wody: 1000 kg/m 3 gęstość lodu: 900 kg/m 3 a) Oblicz, ile minimum litrów lodu muszą wsypać do garnka aby wystarczyło wody na herbatę. V wody = 4*200 ml = 0,8 litra czyli 0,8 kg V lodu = 0,8 kg/0,9 (kg/l) = 0,889 l = 889 ml b) Jakie czynności i w jakiej kolejności muszą wykonać, aby przygotować herbatę. - zapalić gaz w kuchence - wsypać odmierzoną porcję lodu - podgrzać lód, roztopić go i zagotować uzyskaną z niego wodę - zalać herbatę gorącą wodą c) Oblicz, jaką masę gazu muszą zużyć polarnicy, aby ten lód o temperaturze -30 o C zagotować. rzyjmij, że sprawność kuchenki gazowej wynosi 20 % (k = 0,2). odgrzanie lodu: Q 1 = mc L kj Roztopienie lodu: Q 2 = ml = 266,4 kj odgrzanie wody: Q 3 = mc w kj Ciepło całkowite Q c = 652,8 kj Q dostarczone = Q c /k = 3264 kj V= Q dostarczone /c spalania = 0,091 m 3 Uwzględniamy gęstość metanu m = 0,0637 kg = 63,7 gramów 3

4 Zadanie 7 Biedronka na ruchomej kulce (6 pkt) Kulka o masie 2 kg toczy się po poziomym stole w prawą stronę ze stałą prędkością v = 2 cm/s. a) Z jaką prędkością i w którą stronę musi poruszać się biedronka względem powierzchni kulki, która chce być cały czas na samym szczycie kulki? v biedronki = 2v kulki = 4 cm/s w stronę przeciwną (w lewo) 6 pkt.. b) Narysuj wektory sił działających na kulkę i nazwij te siły. (pomijamy tarcie i oddziaływanie ze strony biedronki) siła reakcji F r. siła grawitacji F g Siły te równoważą się c) Jakim ruchem naprawdę porusza się kulka jeżeli uwzględnimy siłę tarcia, która wynosi 0,004 N. Oblicz drogę jaką pokona biedronka idąc po powierzchni kulki i czas w tym ruchu. Kulka porusza się ruchem jednostajnie opóźnionym (wystarczy opóźnionym) a kulki = F T /m=0,002 m/s 2 t k = v/a= 10 sekund s kulki = t*v śr = 10 cm, s biedronki = 20 cm Zadanie 8 Lupa ana ntoniego (8 pkt)... 8 pkt. an ntoni podpisuje właśnie bardzo korzystną umowę kredytową, ale nie może przeczytać tekstu napisanego małym drukiem. Wie jednak, że tekst ten jest bardzo ważną częścią umowy. Wykorzystuje więc lupę, która powiększa tekst 5 krotnie. Ostry obraz tekstu powstaje w odległości dobrego widzenia czyli 25 cm. a) odaj rodzaj soczewki, którą musi użyć pan ntoni. Odpowiedź: skupiająca (lub wypukła) b) Napisz, jakie są cechy uzyskanego w lupie obrazu czytanego tekstu. Odpowiedź: Obraz pozorny, powiększony, prosty (nieodwrócony) c) Narysuj konstrukcję tego obrazu i oblicz zdolność skupiającą tej lupy. y = -25 cm (obraz pozorny) x = 5 cm f = 6,25 cm Z = 16 Dioptrii.. konstrukcja 3 pkt. (położenie przedmiotu, przebieg min. 2 promieni) obliczenia 3 pkt. (użycie równania soczewki bez uwzględnienia obrazu pozornego 2 pkt) 4

5 Zadanie 9 Obwód elektryczny (9 pkt) 9 pkt Obwód elektryczny zawierający ogniwo, amperomierz i żarówkę połączono jak na schemacie. Ogniwo charakteryzuje siła elektromotoryczna ogniwa, nazywana napięciem elektrycznym w sytuacji gdy nie płynie przez nie prąd (E = 1,7 V), oraz opór wewnętrzny R w. Gdy włączono do obwodu pierwszą żarówkę to woltomierz wskazał napięcie 1,5 V a amperomierz wskazał natężenie prądu równe 2. Gdy zamiast pierwszej włączono drugą żarówkę o większej mocy to woltomierz wskazał mniejsze napięcie 1,2 V. E=1,7V R w V a) Czy to jest możliwe? Odpowiedź uzasadnij. Tak, jest to spowodowane większym natężeniem prądu i większym spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym b) Oblicz, jakie natężenie prądu elektrycznego wskazał amperomierz po podłączeniu drugiej żarówki na początku dla pierwszej żarówki: U Rw = 0,2 V czyli: R w = U Rw /I 1 = 0,1 po włączeniu drugiej żarówki: U Rw = 0,5 V czyli I 2 =U Rw /R w = 5 c) Oblicz opór wewnętrzny baterii oraz opór i moc obydwu żarówek R w = 0,1 R z1 = 0,75 R z2 = 0,24 prawo Ohma) 1 = U 1 x I 1 = 3 W 2 = 6 W (Zastosowanie odpowiednich wzorów błędne wyniki.) d) Oblicz jaka energia elektryczna zostanie zużyta przez te żarówki, gdy obie zostaną włączone równolegle, po godzinie pracy obwodu. Obliczenie oporu żarówek połączonych równolegle R równol = 0,1818 (2/11) Uwzględnienie oporu wewnętrznego baterii (R w = 0,1 R = 0,2818 Obliczenie natężenia prądu i mocy samych żarówek I = 6,03 = I 2 R = 6,6 W Obliczenie energii E = t = J (około 24 kj) Zadanie 10 Doświadczenie z wahadłem (12 pkt) ewien uczeń chciał sprawdzić czy wzór: dobrze opisuje zależność okresu drgań wahadła matematycznego od jego długości. W tym celu przygotował następujące przyrządy: 1. wahadło o regulowanej długości zrobione z metalowego ciężarka o masie ok. 200 g zawieszonego na cienkiej nierozciągliwej nici o długości około 2 metrów, 2. stoper elektroniczny o dokładności do: ± 0.01 s, 3. taśmę mierniczą z podziałką milimetrową. 12 pkt o przeprowadzeniu doświadczenia i wykonaniu pomiarów uczeń sporządził tabelę z wynikami: l.p. Długość wahadła, metry Czas 10 wahnięć sekundy Okres drgań sekundy Kwadrat okresu (sekunda ) 2 1 1,927 27,99 2,799 7, ,605 25,88 2,588 6, ,371 23,72 2,372 5, ,871 19,03 1,903 3, Uzupełnienie T. Obliczenie T 2. (liczba miejsc po przecinku może być mniejsza)

6 a) Uzupełnij tabelę tego ucznia. Uwaga! Wpisane dane: T i T 2 mogą być zaokrąglone b) Wymień główne czynności jakie powinien wykonać uczeń w tym doświadczeniu. - powiesić wahadło - zmierzyć długość - wychylić wahadło z położenia równowagi o niewielki kąt i puścić - zmierzyć czas 10T - zmienić długość (wydłużyć lub skrócić) - powtórzyć pomiary długości i czasu dla różnych długości wahadła c) Wykreśl zależność kwadratu okresu drgań wahadła od jego długości. Jaki wniosek można wysnuć na podstawie tego wykresu. - zaznaczenie na osiach T 2 i l, naniesienie skali, nazw wielkości i ich jednostek - naniesienie 4 pomiarów - narysowanie prostej - wyciągnięcie wniosku 3 pkt. ominięcie pomiarów czasu, długości lub konieczności skracania wahadła 2 pkt. ominięcie dwóch elementów 1pkt Wniosek: Zależność T 2 jest wprost proporcjonalna do długości lub T jest wprost proporcjonalne do pierwiastka kwadratowego z długości lub testowany wzór jest prawidłowy d) Oblicz na podstawie wykresu albo danych w tabeli wartość przyspieszenia ziemskiego lub i l g i odczytujemy z wykresu rzykład obliczeń: 9,71 m/s 2 9,44 m/s 2 9,61 m/s 2 9,48 m/s 2 g śr = 9,56 m/s 2 rzykład z wykresu: T 2 ) = 4,2 s 2, l = 1,06 m, l s 2 /m, g = 4 m/s 2 Obliczenie z wykresu lub z użyciem danych z tabeli, podanie wyniku z jednostką: 2 pkt rzekształcenie wzoru na okres i wstawienie właściwych danych z tabeli: e) Wymień czynniki, które mogą mieć istotny wpływ na dokładność pomiarów - kąt o jaki wychylamy wahadło (powinien być rzędu 5-8 stopni) - dokładność pomiaru czasu trwania 10 wahnięć - dokładność pomiaru długości wahadła - zmiany temperatury i ruch powietrza - opór powietrza - dokładność przyrządów (miara, stoper) - itd. Wystarczy podać dwa czynniki Uwaga! Zapisane wyżej rozwiązania i odpowiedzi do zadań otwartych należy traktować jako standardowe. Komisja uwzględni w punktowaniu także każdą inną prawidłową drogę rozwiązania, rozsądne przybliżenia wyników oraz każdą sensowną wypowiedź uczniów. 6