Matura 2012: Arkusze i rozwiązania z fizyki - poziom rozszerzony

Poniżej zamieszczamy zaproponowane przez naszego eksperta rozwiązania zadań z fizyki na poziomie rozszerzonym. Jeśli interesują cię rozwiązania zadań z poziomu podstawowego, kliknij TUTAJ.

Arkusze z fizyki: , .

Rozwiązania zadań są dodawane partiami. Uwaga, strona nie odświeża się automatycznie.

Zadanie 1.1 (3 pkt)

Napisz nazwę zasady zachowania, która pozwala wyznaczyć wspólną prędkość kątową krążka i ciężarka. Oblicz wartość tej prędkości kątowej.

Zadanie 1.2 (3 pkt)

Współczynnik tarcia ciężarka o krążek wynosi 0,3. Ponadto zakładamy, że można pominąć efekty uderzenia przy upadku (tzn. przyjąć, że wysokość spadku była bardzo mała). Korzystając z powyższych informacji, wyprowadź wzór na moment siły oddziaływania ciężarka na krążek oraz oblicz, po jakim czasie od upadku ciężarka jego poślizg ustał i prędkość kątowa krążka osiągnęła wartość końcową 20 rad/s.

Zadanie 1.3 (4 pkt)

Początkowo ciężarek znajdował się na wysokości 40 cm nad krążkiem. Oblicz całkowitą energię mechaniczną układu:

a) w sytuacji początkowej

b) po upadku ciężarka oraz zmniejszeniu prędkości kątowej krążka do wartości 20 rad/s.

Oblicz ciepło wydzielone w czasie upadku.

Zadanie 1.4 (2 pkt)

Doświadczenie opisane w informacji wstępnej wykonano kilkakrotnie, zmieniając wysokość spadku ciężarka. Naszkicuj wykres zależności wydzielonego ciepła Q od wysokości spadku h. Na wykresie nie nanoś wartości liczbowych.

Rozwiązania zad. 1.1-1.4

Zadanie 2. Jednostki (9 pkt)

Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI składa się z jednostek podstawowych i jednostek pochodnych. Do jednostek podstawowych należą m.in. metr, sekunda, amper, kelwin, kandela, mol.

Zadanie 2.1 (1 pkt)

Napisz nazwę jednostki podstawowej niewymienionej powyżej. Napisz nazwę wielkości fizycznej wyrażającej się w tych jednostkach.

Rozwiązanie zad. 2.1

Masa, [m] = kg

Zadanie 2.2 (1 pkt)

Wyraź jednostkę mocy w jednostkach podstawowych układu SI.

Rozwiązanie zad. 2.2

b) Oblicz wartość liczbową tej jednostki w układzie SI.

Rozwiązanie zad. 2.3

Rozwiązanie zad. 2.4

Rozwiązanie zad. 2.5

Zadanie 3. Prąd przemienny (10 pkt)

Do źródła napięcia przemiennego o regulowanej częstotliwości dołączono kondensator. W obwód włączono amperomierz i mierzono wartość skuteczną natężenia prądu.

Zadanie 3.1 (2 pkt)

Zwiększono częstotliwość zmian napięcia, nie zmieniając jego amplitudy. Czy wartość skuteczna natężenia prądu wzrosła, zmalała, czy nie zmieniła się? Napisz odpowiedź i ją uzasadnij.

Informacja do zadań 3.2-3.3

W opisanym obwodzie pojemność kondensatora wynosi 45 nF, a napięcie źródła ma częstotliwość 12 kHz i amplitudę 15 V. Obliczenia wykazują, że jeśli można pominąć opór rzeczywisty obwodu (opór przewodów), to amperomierz wskaże wartość skuteczną natężenia prądu równą 36 mA.

Zadanie 3.2 (3 pkt)

Wykonując konieczne obliczenia, wykaż, że powyższa wartość natężenia prądu (36 mA) jest zgodna z pozostałymi danymi.

Zadanie 3.3 (2 pkt)

Kondensator miał pojemność nominalną 45 nF z tolerancją 5% (tzn. rzeczywista wartość pojemności mogła się różnić od nominalnej o nie więcej niż 5%), a pozostałe wielkości można uznać za bezbłędne. Wynik pomiaru natężenia prądu wyniósł 32 mA. Pewien uczeń stwierdził na tej podstawie, że założenie o pominięciu oporu rzeczywistego było błędne. Wykaż, że uczeń miał rację.

Zadanie 3.4 (1 pkt)

W opisanym wyżej obwodzie zamiast kondensatora włączono długi, prostoliniowy miedziany drut i zmierzono wartość skuteczną natężenia prądu. Następnie ten drut nawinięto na tekturową rurkę i ponownie zmierzono natężenie prądu. Wyjaśnij, dlaczego natężenie prądu w obwodzie z drutem nawiniętym było mniejsze niż w obwodzie z drutem prostoliniowym.

Zadanie 3.5 (2 pkt)

W układach rezonansowych odbiorników radiowych zwojnice nawijane są na rdzeniu ferrytowym (jest to materiał ferromagnetyczny). Wyjaśnij, jak i dlaczego wsunięcie takiego rdzenia wpływa na częstotliwość, do której dostrojony jest odbiornik.

Rozwiązania zad. 3.1-3,5

Zadanie 4.2 (1 pkt)

W punkcie B natężenie dźwięku jest duże. W którym kierunku należy przesunąć mikrofon, aby na jak najkrótszej drodze przejść do punktu, gdzie natężenie dźwięku jest małe? Narysuj strzałkę od B we właściwym kierunku.

Informacja do zadań 4.3-4.5

Przesunięto mikrofon i okazało się, że w nowym położeniu C natężenie dźwięku jest znacznie mniejsze niż w B.

Zadanie 4.3 (2 pkt)

Zmieniono biegunowość przyłączenia głośnika G2 do generatora. Po tej zmianie, gdy membrana G1 porusza się w przód, membrana G2 cofa się i odwrotnie. Opisz zmianę natężenia dźwięku w punktach B i C i podaj jej przyczynę.

Zadanie 4.4 (2 pkt)

Wybierz poprawne zakończenie poniższego zdania, podkreślając właściwe wyrażenie.

Gdy zwiększono częstotliwość sygnału generatora, odległość od punktu, w którym dźwięk

jest wzmocniony, do najbliższego punktu, w którym jest osłabiony

wzrosła /zmalała /nie zmieniła się.

Uzasadnienie poniżej.

Zadanie 4.5 (1 pkt)

Wybierz poprawne zakończenie poniższego zdania, podkreślając właściwe wyrażenie. Gdy zwiększono odległość między głośnikami G1 i G2, odległość od punktu, w którym dźwięk jest wzmocniony, do najbliższego punktu, w którym jest osłabiony wzrosła /zmalała /nie zmieniła się.

Rozwiązania zadań 4.1-4.5

Zadanie 5.1 (2 pkt)

Oblicz temperaturę powietrza w punkcie D cyklu.

Zadanie 5.2 (2 pkt)

Oblicz ciśnienie powietrza w punkcie B cyklu.

Zadanie 5.3 (2 pkt)

W palniku spalany jest spirytus. Oblicz moc cieplną palnika, który w ciągu godziny spala 30 cm3 paliwa o gęstości 0,83 g/cm3 i cieple spalania 25 kJ/g. Wynik podaj w watach.

Zadanie 5.4 (2 pkt)

Uzupełnij poniższą tabelę, wpisując nazwy przemian B›C i D›A oraz rodzaj zmiany

energii wewnętrznej gazu dla wszystkich przemian (rośnie lub maleje lub nie zmienia się).

Rozwiązania zadań 5.1-5.6

Zadanie 6. Licznik Geigera-Müllera (8 pkt)

Detekcja promieniowania jądrowego jest możliwa dzięki zdolności cząstek promieniowania o jonizacji materii. Na tej zasadzie działa licznik Geigera-Müllera, który jest zbudowany ze szklanego cylindra i umieszczonej w nim rurki metalowej (katoda) oraz odizolowanego od niej cienkiego drutu znajdującego się na osi rurki (anoda). Cylinder wypełniony jest mieszaniną gazów pod niskim ciśnieniem. Atomy gazu ulegają jonizacji pod wpływem promieniowania jądrowego.

Zadanie 6.1 (1 pkt)

Wyjaśnij krótko, na czym polega zjawisko jonizacji materii.

Zadanie 6.4 (2 pkt)

Oblicz prędkość, jaką osiągnie początkowo spoczywający elektron przyspieszony w próżni napięciem 500 V. Pomiń efekty relatywistyczne.

Rozwiązania zadań 6.1-6.6