Egzamin maturalny z fizyki poziom rozszerzony (11 maja 2015)

Transkrypt

1 Egzain aturalny z fizyki pozio rozzerzony ( aja 05) rkuz zawiera 6 zadań, za których rozwiązanie ożna było uzykać akyalnie 60 punktów. Ogólną charakterytykę zadań przedtawia poniżza tabela. Nr zadania Liczba punktów Dział fizyki Kontrukcja zadania 4 echanika tradycyjna echanika zodernizowana 3 8 echanika iezana 4 7 ruch haroniczny iezana 5 5 echanika iezana 6 3 hydrotatyka tradycyjna 7 terodynaika tradycyjna 8 elektrotatyka tradycyjna 9 elektrotatyka tradycyjna 0 4 prąd tały iezana 8 agnetyz* iezana 4 optyka geoetryczna tradycyjna 3 optyka falowa zodernizowana 4 fizyka jądrowa tradycyjna 5 6 fizyka kwantowa tradycyjna 6 atronoia zodernizowana * W dziewięciu zadaniach wyagano (niezbyt koplikowanych) obliczeń. Jeśli ruch haroniczny zaliczyy do echaniki i weźiey pod uwagę eleenty echaniki w zadaniu., to okaże ię, że za znajoość echaniki zdający ógł otrzyać w uie 3 punkty (ponad 50%). Zadania nawiązywały do treści trzeciego etapu edukacyjnego (zad. 6 i 7), czwartego etapu zakreu podtawowego (zad. 4, 5, 6) oraz czwartego etapu zakreu rozzerzonego (pozotałe). Jak dotychcza, jet to najlepzy arkuz egzainacyjny z fizyki. Zadania ą ciekawe, niewyagające koplikowanych i czaochłonnych obliczeń. Można wkazać kilka niezbyt zczęśliwych forułowań (o czy w koentarzach), ale w żadny przypadku nie utrudniają one zrozuienia teatu. Nie ożey ię wypowiedzieć na teat proponowanych rozwiązań, ponieważ nie ay do nich dotępu. * Znaczną więkzość punktów w ty zadaniu zdający ógł otrzyać za wiadoości z echaniki. opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

2 Rozwiązania i koentarze Zadanie. (0 4 pkt) Zadanie.. (0 pkt) Zadanie.. (0 pkt) D Zadanie.3. (0 pkt) Zaada zachowania oentu pędu Zadanie.4. (0 pkt) Zadanie. (0 pkt) ; 3 Koentarz Zadanie jet trudne i nie wiadoo, dlaczego przyznano za nie tylko punkt (zdający oże wkazać właściwą literę i niewłaściwą cyfrę lub odwrotnie). Teat nie precyzuje, w którą tronę poruzał ię wózek ruche jednotajny. Gdy poruzał ię w lewo, to po zadziałaniu iły poruzał ię w lewo ruche jednotajnie przypiezony. Gdy poruzał ię w prawo, to po zadziałaniu iły poruzał ię w prawo ruche jednotajnie opóźniony. Warto zauważyć, że opiany w teacie zadania przypadek (równoległość wobodnej powierzchni wody do powierzchni równi) jet dość zczególny (nie ylić z zuwanie ię naczynia z cieczą z równi bez tarcia). W układzie nieinercjalny wózka powierzchnia wody w naczyniu utawia ię protopadle do wypadkowej dwóch ił działających na fragent objętości o aie leżący przy powierzchni: ciężaru cieczy i iły bezwładności. Siła bezwładności ui więc działać w prawo, z czego wynika, że przypiezenie układu ui być zwrócone w lewo, więc dodatkowa iła F także ui być zwrócona w lewo. Fb a = tgα = tgα a= gtgα g g opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

3 Wartość dodatkowej iły: F = Ma = Mg tg a (M aa układu) Z tego wzoru wynika, że aby powierzchnia wobodna wody była równoległa do powierzchni równi iła F nie oże ieć dowolnej wartości; jet ona zależna od ay układu. Gdyby iła F iała wartość więkzą od Mg tg a, wartość iły bezwładności byłaby także więkza, powierzchnia wody byłaby bardziej nachylona i woda ogłaby ię wylać przez górną krawędź naczynia, co intuicyjnie jet zrozuiałe. Zadanie 3. (0 8 pkt) Zadanie 3.. (0 pkt) F; P; 3F Zadanie 3.. (0 4 pkt) F = F N ( F N iła naciągająca linę) b tzw. raię iły F (odległość linii działania iły od oi obrotu). Gdy F (a zate F N ) jet inialna, to ua oentów ił działających na łup jet równa zeru. gdzie b = l in a F b g l = 0 gl g F lin α= F= in α g F = N in α F N 3 0 kg 9, , N 0588, (lub ok. 38 kn) 3 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

4 Zadanie 3.3. (0 3 pkt) W pozycji () łup a energię potencjalną gl Iω Z zaady zachowania energii echanicznej: Wartość prędkości liniowej końca łupa:, w pozycji () energię kinetyczną ruchu obrotowego = l ω 3 gl = l ω 3 g= lω ω= 3 3g υ= ωl υ= l υ= l υ= 398, υ 8, 8 3g l 3gl Zadanie 4. (0 7 pkt) Zadanie 4.. (0 pkt) energia kinetyczna energia potencjalna energia całkowita b c a 4 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

5 Zadanie 4.. (0 pkt) F; P; 3P Zadanie 4.3. (0 pkt) E k ax = 4 J = 0, kg E k ax υax = υax = E k ax υ ax = J = 40 = 0, 0, kg Zadanie 4.4. (0 3 pkt) Energia całkowita gdzie = 4 c. E c T =π k k E = k = T = π = π E c E c c 0, kg 0 T =π 004, 3 = 008, π = 04, π 6, 4 0 J 4 Zadanie 5. (0 5 pkt) Zadanie 5.. (0 pkt) 5 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

6 Zadanie 5.. (0 pkt) Jeśli O jet środkie ay układu, to: M x = (d x) M x = d x x (M + ) = d d x = M + Zadanie 5.3. (0 pkt) P; F; 3P Zadanie 6. (0 3 pkt) Siły g i F zaczepiay w jedny punkcie, bo uczeń nie zna pojęcia etacentru. iężar bryły lodu g i iła wyporu F równoważą ię: g = zan. ρ w g = r l więc r l = zan. r w zan. = x więc r l = ( x ) r w x = r l = r w x r w x r w = (r w r l ) = ρ ρ ρ x w l = 0, w 6 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

7 Zadanie 7. (0 pkt) konwekcja proieniowanie 3 przewodnictwo Zadanie 8. (0 pkt) Zadanie 9. (0 pkt) εε 0 rs εε 0 rs 4εε 0 rs = = = d d d 4 εε 0 rs d S = = d 4εεS 4S 0400,, = = 4007, 00, 0 r Zadanie 0. (0 4 pkt) Zadanie 0.. (0 pkt) K = J K = kg K = kg K 3 Zadanie 0.. (0 pkt) a) Makyalne napięcie przy utalonej różnicy teperatur otrzyay, gdy różnica wpółczynników S będzie najwiękza. Para etali: żelazo, nikiel. b) µ U= ( SFe SNi ) T= ( 8, 8+ 5) 00 K= 33, 8 00µ K U= 3380 µ lub U= 338, lub U = 3, opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

8 Zadanie 0.3. (0 pkt) 3 Koentarz Niejane, jak należy rozuieć forułowanie: zeregowo i równolegle ; chodzi o połączenie iezane (?). Zadanie. (0 8 pkt) Zadanie.. (0 5 pkt) a) b) Praca jet równa polu figury zawartej pod wykree F(r). Jedna duża kratka odpowiada: N 00, = 0 J Ozacowana liczba kratek 54 55, co odpowiada (08 do 0) 0 5 J. 3 W, 0 J, J 8 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

9 Koentarz Zaiat pracę wykonaną przeciwko ile... lepiej byłoby napiać: pracę wykonaną przez iłę zewnętrzną podcza zbliżania agneów.... Zadanie.. (0 pkt) Zierzony cza padania agneu ieści ię w granicach (0,7 ; 0,33 ). za obliczony: h t = = 04, 09, g 98, Wnioek: Można uznać, że agne pada wobodnie. Zadanie.3. (0 pkt) Zadanie. (0 4 pkt) Kolejne czynności: a, f, g, h, c, f, g, h, i f f = = f f f f f f f f f = f f Gdy f > f to f < 0. Zadanie 3. (0 pkt) 3 Zadanie 4. (0 pkt) Zadanie 4.. (0 pkt) Wydzielona oc jet proporcjonalna do aktywności proieniowania danej próbki, zate: P = = 0 t P= P0 t P0 0 T T 9 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

10 P0 P0 P0 P0 P = , < 5 = 3 39 Odpowiedź: D Koentarz wydziela ciepło o ocy to nie jet zbyt zczęśliwe forułowanie. Lepiej byłoby: Próbka zawierająca gra 0 Po jet źródłe energii; jej oc jet równa 40 W. Zadanie 4.. (0 pkt) Druga zaada terodynaiki. Koentarz Sforułowanie zdania w p. 4. jet bardzo nieprecyzyjne. Zadanie 5. (0 6 pkt) Zadanie 5.. (0 pkt) by zjawiko ogło wytąpić, energia fotonu hn ui być więkza lub równa pracy wyjścia W. hν W hc W λ 6, 65 0 J Katodę ożna wykonać z cezu lub litu. 8 8 = 0540, J = 0, , e hc λ 336, e Zadanie 5.. (0 pkt) Przez fotokoórkę płynie prąd o najwiękzy natężeniu (tzw. prąd naycenia), gdy wzytkie elektrony wyeitowane w pewny czaie z katody dotrą w ty ay czaie do anody. Natężenie prądu nie oże przekroczyć tej wartości, jeśli natężenie wiązki fotonów nie zwiękzy ię. Zadanie 5.3. (0 3 pkt) a) Liczba fotonów padających na katodę w czaie t = : n t P Pλ = = h ν hc n t = W = , J, 0, 3 0 opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04

11 b) Q I = ne n t = I t t = e n liczba elektronów tworzących ładunek Q. c) n 050, = t 6, n 030, = n 0, 030 3, , Zadanie 6. (0 pkt) łączenie / lekkich około 30 ty. lat świetlnych od centru Galaktyki tale ię rozzerza Uwaga Uczeń korzytający z podręczników Świat fizyki i Z fizyką w przyzłość iał ożliwość przetudiowania wzytkich probleów wytępujących w zadaniach aturalnych. Niektóre zadania, np. 4, 6, 0.3,.3 bezpośrednio nawiązywały do treści podręcznika Z fizyką w przyzłość (tr. 8, cz. I, tr. 5, przykład 4., cz. I, tr. 8, cz. II, tr. 77 cz. II). opyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne p. z o. o., Warzawa 04