mat R

mat R, MATURA, Fizyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ARKUSZ ZAWIERA INFORMACJE PRAWNIE CHRONIONE DO MOMENTU
ROZPOCZĘCIA EGZAMINU!
Miejsce
na naklejkę
MFA-R1_1P-091
PRÓBNY EGZAMIN
MATURALNY
Z FIZYKI I ASTRONOMII
STYCZEŃ
ROK 2009
POZIOM ROZSZERZONY
Czas pracy 150 minut
Instrukcja dla zdającego
1. Sprawdź, czy arkusz egzaminacyjny zawiera 13stron
(zadania 1 – 5). Ewentualny brak zgłoś przewodniczącemu
zespołu nadzorującego egzamin.
2. Rozwiązania i odpowiedzi zapisz w miejscu na to
przeznaczonym przy każdym zadaniu.
3. W rozwiązaniach zadań rachunkowych przedstaw tok
rozumowania prowadzący do ostatecznego wyniku oraz
pamiętaj o jednostkach.
4. Pisz czytelnie. Używaj długopisu/pióra tylko z czarnym
tuszem/atramentem.
5. Nie używaj korektora, a błędne zapisy wyraźnie przekreśl.
6. Pamiętaj, że zapisy w brudnopisie nie podlegają ocenie.
7. Podczas egzaminu możesz korzystać z karty wybranych
wzorów i stałych fizycznych, linijki oraz kalkulatora.
Za rozwiązanie
wszystkich zadań
można otrzymać
łącznie
60 punktów
Życzymy powodzenia
!
Wypełnia zdający przed
rozpoczęciem pracy
KOD
ZDAJĄCEGO
PESEL ZDAJĄCEGO
2
Próbny egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Poziom rozszerzony
Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania.
Zadanie 1. Wahadło Foucaulta
(12 pkt)
Wahadło Foucaulta to wahadło, które ma możliwość drgań w dowolnej płaszczyźnie
pionowej. Nazwa wahadła upamiętnia jego wynalazcę, Jeana Bernarda Léona Foucaulta,
który 8 stycznia 1851 roku zawiesił ciężarek o masie 28 kilogramów na linie o długości 67 m
w Panteonie w Paryżu. Obserwując poruszające się wahadło, zauważył, że płaszczyzna drgań
wahadła obracała się względem osi prostopadłej do powierzchni Ziemi.
Dokładna analiza zjawiska pozwala na wyrażenie wartości prędkości kątowej, z jaką obraca
się płaszczyzna drgań wzorem (1):
gdzie:
ω
obr
–
wartość prędkości kątowej obrotu płaszczyzny drgań
wahadła,
ω
Z
–
wartość prędkości kątowej obrotu Ziemi
(ω
Z
= 15°/h),
A
–
amplituda drgań wahadła,
l
–
długość wahadła,
φ
–
szerokość geograficzna, na której umieszczono wahadło.
Gdy amplituda drgań jest znacznie mniejsza od długości wahadła wzór ten przyjmuje
postać (2):
sin
⎛
3
⎛⎞
2
⎞
ω ω
= −
⎜
1
⎟
sin
ϕ
⎜⎟
obr
Z
⎜
8
⎟
⎝⎠
⎝
⎠
= .
Aby zaobserwować zmianę płaszczyzny drgań, wymagany jest długi czas drgań (co najmniej
kilka godzin). Wskazana jest również duża masa ciężarka. Wahadło działające na University
of Colorado w USA ma długość 40 m i masę ciężarka 300 kg.
sin
15
o
≈
0,26 sin
30
o
=
0,50 sin
45
o
≈
0,71 sin
60
o
≈
0,87 sin
75
o
≈
0,97 sin
90
o
=
1,00
obr
Z
Zadanie 1.1
(2 pkt)
Oblicz okres drgań wahadła zbudowanego przez Foucaulta, stosując przybliżenie wahadła
matematycznego.
Przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego równą 10 m/s
2
.
Zadanie 1.2
(3 pkt)
Oszacuj względną różnicę (
Δω/ω
), jaką uzyskamy, obliczając wartość prędkości kątowej
dla wahadła zbudowanego przez Foucaulta z uproszczonej zależności (2) zamiast
z zależności (1).
Przyjmij, że amplituda drgań wahadła jest stała i wynosi 4 m.
A
l
ω ωϕ
Próbny egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Poziom rozszerzony
3
T
, w godzinach) od szerokości geograficznej (ϕ
)
. W tym celu dokonaj odpowiednich
obliczeń. Wyniki wpisz do tabeli.
Przyjmij, że amplituda drgań wahadła jest znacznie mniejsza od długości wahadła,
oraz, że okres obrotu Ziemi wokół własnej osi wynosi 24 h.
Obliczenia
Szerokość
geograficzna (ϕ)
15
o
30
o
45
o
60
o
75
o
90
o
Okres obrotu (
obr
............... ............... ............... ............... ............... ...............
Zadanie 1.4
(2 pkt)
Wyjaśnij, dlaczego dla długotrwałego działania wahadła konieczna jest duża długość wahadła
i duża masa ciężarka.
Zadanie 1.3
(5 pkt)
Naszkicuj wykres ilustrujący zależność okresu obrotu płaszczyzny drgań wahadła Foucaulta
(
obr
T
)
4
Próbny egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Poziom rozszerzony
Zadanie 2. Lampa oscyloskopowa
(12 pkt)
Lampa oscyloskopowa to urządzenie, w którym strumień elektronów, emitowany
w próżni przez katodę, uformowany w wąską wiązkę i przyspieszony, trafia w ekran pokryty
substancją świecącą pod wpływem uderzających w nią elektronów. Do elektrostatycznego
odchylenia wiązki tak, aby mogła ona trafić w dowolny punkt ekranu, służą dwie pary płytek
odchylających. Jedna para płytek odchyla wiązkę w płaszczyźnie pionowej, a druga para
płytek odchyla wiązkę w płaszczyźnie poziomej.
G
– grzejnik katody
K
– katoda
A
1
- A
3
– anody
X
– płytki odchylania poziomego
Y
– płytki odchylania pionowego
E
– świecący ekran
O
– osłona szklana
Zadanie 2.1
(2 pkt)
Oblicz wartość prędkości końcowej elektronu przyspieszonego napięciem 15 kV. Efekty
relatywistyczne pomiń.
Zadanie 2.2
(3 pkt)
Oceny dopuszczalności nierelatywistycznego traktowania elektronu w lampie oscyloskopowej
można dokonać, obliczając stosunek
p/p
o
,
gdzie
p
o
i
p
to wartości pędu uzyskane za pomocą
odpowiednio wzoru klasycznego i relatywistycznego. Oblicz wartość
p/p
o
,
przyjmując,
że prędkość końcowa elektronu ma wartość 7·10
7
m/s. Skomentuj otrzymany wynik.
Zadanie 2.3
(1 pkt)
Wyjaśnij, dlaczego emisja elektronów w lampie oscyloskopowej jest możliwa dopiero
po rozgrzaniu katody.
Próbny egzamin maturalny z fizyki i astronomii
Poziom rozszerzony
5
Zadanie 2.4
(3 pkt)
Oblicz liczbę fotonów wysyłanych przez świecący ekran w ciągu 1 sekundy.
Przyjmij, że każdy z padających elektronów wyzwala jeden foton, oraz, że natężenie prądu
w wiązce wynosi 25 μA.
Zadanie 2.5
(3 pkt)
W niektórych lampach wiązka elektronów odchylana jest odpowiednio zmieniającym się
polem magnetycznym.
Zapisz, wzdłuż której z osi (
X
,
Y
,
Z
) i w którą stronę powinien być skierowany wektor
indukcji magnetycznej pola wytworzonego przez zespół cewek odchylających, aby wiązka
elektronów uległa odchyleniu pionowo w dół. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do
odpowiedniej reguły i podając jej treść.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mement.xlx.pl