zdolny Ślązak Gimnazjalista

Transkrypt

1 zdolny Ślązak Gimnazjalista XVIII Dolnośląski Konkurs Fizyczny DLA UCZNIÓW SZKÓŁ GIMNAZJALNYCH Finał przedmiotowy III ETAP WOJEWÓDZKI r. godz Czas pisania 120 minut SUMA Część teoretyczna 1. (3 pkt.) Rysunek przedstawia informacje znajdujące się na obudowie miksera tzw. tabliczkę znamionową urządzenia. Na ich podstawie oblicz energię elektryczną, jaką zużywa ten mikser podczas 2,0 minut nieprzerwanej pracy z maksymalną mocą. Wyraź wynik w kwh. 2. (4 pkt.) Pewne wahadło na Ziemi drga z częstotliwością 0,50 Hz. Oblicz okres drgań tego wahadła na Księżycu. Przyjmij, że wartość przyspieszenia grawitacyjnego na Księżycu jest sześciokrotnie mniejsza niż wartość przyspieszania grawitacyjnego na Ziemi. Przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi wynosi w przybliżeniu g = 10 m/s 2.

2 3. (2 pkt.) Jak przesyłamy głos za pomocą fal radiowych? Dźwięk, czyli drgania powietrza, są zamieniane na drgania prądu elektrycznego w mikrofonie. Dalsza droga sygnału zależy od tego, czy transmisja będzie analogowa, czy cyfrowa. W wersji analogowej sygnał trafia do modulatora urządzenia, które zmienia (moduluje) parametry fali radiowej w takt drgań prądu. Najstarszy i najprostszy typ modulacji to modulacja amplitudy, czyli natężenia fali radiowej (rys. 1a). Jest jeszcze używana w komunikacji lotniczej oraz w radiofonii na falach długich, średnich i krótkich. Akronim AM od nazwy amplitude modulation znamy właśnie z oznaczeń na odbiornikach radiowych. Bardziej odpornym na zakłócenia typem modulacji jest modulacja częstotliwości (rys. 1b). W tym przypadku, w takt drgań prądu z mikrofonu, zmienia się nieco częstotliwość fali radiowej. Akronim FM (frequency modulation) również znamy z odbiorników radiowych. Ta modulacja jest szeroko stosowana w analogowej łączności profesjonalnej oraz radiofonii na falach ultrakrótkich (UKF). Była również wykorzystywana w telefonii komórkowej pierwszej generacji, w Polsce już zlikwidowanej. (za: Tomasz Kawalec, Jak działa telefon komórkowy, Foton 137, Lato 2017) Na podstawie powyższego tekstu i ilustracji oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P jeśli zdanie jest prawdziwe lub F, gdy jest fałszywe. 1. Dźwięk to rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie ośrodka o częstotliwości fal ultrakrótkich. P F 2. Mikrofon to urządzenie zamieniające drgania prądu elektrycznego na drgania powietrza. P F 3. Podczas modulacji częstotliwościowej nie ulega zmianie natężenie fali radiowej. P F 4. W przypadku modulacji amplitudowej częstotliwość fali radiowej jest mniejsza od częstotliwości dźwięku. P F 4. (3 pkt.) Uzwojenie pierwotne transformatora ma 1000 zwojów, a uzwojenie wtórne 200 zwojów, co oznacza, że napięcie uzyskiwane na uzwojeniu wtórnym jest 5 razy mniejsze od napięcia na uzwojeniu pierwotnym. Do uzwojenia wtórnego przyłączono odbiornik o oporze 100 Ω, przez który płynie prąd o natężeniu 0,4 A. Oblicz napięcie źródła prądu przemiennego, do którego podłączono transformator. 2

3 5. (3 pkt.) Na rysunku poniżej narysuj bieg dowolnych dwóch promieni w soczewce skupiającej tak, aby powstał obraz przedmiotu strzałki umieszczonego po lewej stronie soczewki. Zapisz trzy cechy powstałego obrazu strzałki po prawej stronie. 6. (3 pkt.) Korzystając z danym zawartych w tabeli i wykonując niezbędne obliczenia znajdź substancję, której ochłodzenie 2 kg o 10 ºC powoduje ogrzanie 0,25 kg innej substancji o 20 ºC w idealnym bilansie cieplnym. Zapisz niezbędne obliczenia oraz nazwy obu substancji poniżej. Gazy Dwutlenek węgla C w [J/kg ºC] 846 Ciecze Alkohol etylowy C w [J/kg ºC] Ciała stałe C w [J/kg ºC] 2380 Mosiądz 400 Hel (He) 5200 Benzyna 2090 Nikiel (Ni) 460 Metan 2370 Eter 2350 Ołów (Pb) 130 Para wodna (nieco powyżej 100 o C) 2200 Gliceryna 2430 Piasek 880 Powietrze 1000 Nafta 2200 Srebro (Ag) 250 Tlen (O) 916 Rtęć (Hg) 130 Szkło 840 Wodór (H) Woda 4190 Złoto (Au) 129 (na podstawie Nazwa substancji, która ulega ochłodzeniu. Nazwa substancji, która jest ogrzewana... 3

4 Część doświadczalna 7. (9 pkt.) Od czasów Keplera wiemy już na pewno, że planety poruszają się po orbitach eliptycznych i potwierdzeń tego możemy szukać nie tylko w specjalistycznych pomiarach, ale i tych najprostszych. Każdy uczeń może sprostać długoterminowemu zadaniu, polegającemu na wykonaniu serii zdjęć Słońca w półrocznym okresie od około 4 stycznia do 4 lipca (lub odwrotnie) każdego roku. Do zdjęcia wystarczy aparat fotograficzny z nałożoną na obiektyw folią mylarową lub zasłoną zrobioną z prześwietlonej kliszy fotograficznej. Chodzi o to, by nie uszkodzić matrycy aparatu. Zdjęcia trzeba wykonać ze statywu, maksymalnie ostro, przy tych samych nastawieniach aparatu. Ponieważ będzie nas interesować średnica w pikselach nie można zmieniać ustawień aparatu w czasie kolejnych zdjęć. Wykonując pierwsze zdjęcie z początkiem stycznia, kiedy Ziemia jest w peryhelium, i kolejne powiedzmy co miesiąc zauważymy zmniejszanie się średnicy Słońca wywołane oddalaniem się Ziemi. Kluczowe będzie zdjęcie z początku lipca, kiedy Ziemia jest w aphelium, a średnica najmniejsza. Na podstawie różnic wyznaczymy mimośród orbity e (przy standardowych oznaczeniach e = c/a, gdzie c ogniskowa elipsy, a półoś wielka). (za: Roman Bochanysz, Mierzymy mimośród orbity ziemskiej, Foton 138, Jesień 2017) A. (1 pkt.) Kąt, pod jakim widać promień Słońca R w krańcowych położeniach Ziemi na orbicie, aphelium przypadek a + c i peryhelium przypadek a c jest inny. Oznaczmy go odpowiednio α a i α p. Zapisz relację tych kątów wstawiając odpowiedni znak nierówności poniższej. α a α p B. (2 pkt.) Rzeczywista średnica tarczy Słońca nie zmienia się. Wartości kątów obserwowanych z Ziemi w obu przypadkach są niewielkie możemy zatem przyjąć, że: Stosunek tych kątów można wyrazić stosunkiem liczb pikseli średnic Słońca odczytanych ze zdjęć w odpowiednim programie. Ten stosunek wyznaczony obserwacyjnie niech wynosi s. Wykaż, że prawdziwa jest równość wiążąca mimośród orbity e z wielkością obserwacyjną s. 4

5 C. (3 pkt.) Poniższa tabela zawiera informacje o średnicach tarczy Słońca wyrażonej w pikselach odczytanych z 5 par zdjęć wykonanych przez różnych uczniów. Uzupełnij tabelę o informacje na temat wartości parametru s oraz wyznacz jego wartość średnią. Wynik zapisz z dokładnością do trzech cyfr znaczących. nr pary zdjęć 5 stycznia lipca s s średnie D. (3 pkt.) Na podstawie otrzymanego wyniku oblicz eksperymentalnie otrzymaną wartość mimośrodu orbity Ziemi. Z jakim błędem względnym został wyznaczony, jeśli za wartość prawdziwą przyjmiemy 0,0167? 5

6 BRUDNOPIS Uwaga! Zapisy w brudnopisie nie będą oceniane. 6