Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 1

25-TYP 2015

POWTÓRKA

FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III

POZIOM ROZSZERZONY

• Hydrostatyka

• Gazy

• Termodynamika

• Elektrostatyka

• Prąd elektryczny stały

Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania

Zadanie 1 – Mosiężna kulka (15 pkt.)

W celu wyznaczenia gęstości kulki mosiężnej, wykonano znane doświadczenie z wykorzystaniem

prawa Archimedesa. Najpierw kulkę zawieszono na siłomierzu w powietrzu. Siłomierz wskazał

wartość Fp = 0,34 N. Następnie powtórzono pomiar, gdy kulka była zanurzona w wodzie. Gęstość

wody ρw = 1000 kg/m3. Po obliczeniach okazało się, że gęstość kulki wynosi 8220 kg/m

3.

Zadanie 1.1 (2 pkt.)

Oblicz wskazanie siłomierza, gdy kulka była zanurzona w wodzie?

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 2

Zadanie 1.2 (3 pkt.)

Mosiądz to stop miedzi i cynku. Gęstość miedzi wynosi ρm = 8900 kg/m3, a cynku ρc = 7200 kg/m

3. Jaki

jest skład procentowy tego stopu?

Zadanie 1.3 (2 pkt.)

Kulkę tę wstawiono do naczynia z rtęcią, o gęstości ρr = 13 600 kg/m3. Jaka część kulki wystaje ponad

powierzchnię rtęci?

Zadanie 1.4 (2 pkt.)

Kulkę zanurzono poniżej poziomu rtęci, używając pewnej siły? Jakiej? Oblicz jej wartość.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 3

Zadanie 1.5 (3 pkt.)

Po zanurzeniu całkowitym w rtęci, kulkę puszczono swobodnie. Oblicz przyspieszenie startowe, z

jakim kulka będzie się wynurzać.

Zadanie 1.6 (1 pkt.)

Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.

Mamy dwie kulki o tych samych

promieniach różniące się

gęstością, ale każda z nich ma ją

większą od wody. Dla kulki o

większej gęstości siła wyporu

przy całkowitym zanurzeniu

A

jest większa niż

dla

drugiej

kulki,

ponieważ

1 wypiera ona tyle samo

wody.

B

jest mniejsza niż

2 siła wyporu jest

proporcjonalna do

gęstości kulki

C jest taka sama

jak

3 siła wyporu

jest odwrotnie

proporcjonalna do

gęstości kulki

Zadanie 1.7 (1 pkt.)

Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.

1 Im większa jest głębokość na jakiej znajduje się mosiężna kulka, tym mniejsza siła

wyporu na nią działa.

P F

2 Jeśli głębokość wody jest wystarczająco duża, to w pewnym momencie może się

zdarzyć, że wypadkowa siła na nią działająca jest równa zero.

P F

3 Jeśli mosiężna kulka zostałaby odpowiednio wydrążona, to jest możliwe, że

pływałaby w częściowym zanurzeniu.

P F

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 4

Zadanie 1.8 (1 pkt.)

Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.

Gdy statek wypływa z rzeki do morza, w którym gęstość słonej wody jest większa, siła wyporu

działająca na niego jest większa / jest mniejsza / jest taka sama jak w słodkiej wodzie rzeki, a

zanurzenie statku rośnie / maleje / nie zmienia się.

Zadanie 2. Przemiany gazowe (15 pkt.)

Jeden mol tlenu (masa molowa tlenu O2 wynosi 32 g/mol) poddano przemianom, przedstawionym na

wykresie poniżej, dla odcinków AB i BC.

Zadanie 2.1 (1 pkt.)

Tlen kolejno poddano przemianom:

AB - ...............................................................

BC - ...............................................................

B

A

0 100 200 300 400 500 T[K]

V [cm3]

600

400

200

C

K

L

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 5

Zadanie 2.2 (3 pkt.)

Ciśnienia tlenu w poszczególnych stanach wynosiły: Miejsce na obliczenia na następnej stronie

w stanie A - .............................................

w stanie B - .............................................

w stanie C - .............................................

Obliczenia do zadania 2.2

Zadanie 2.3 (4 pkt.)

Przedstaw wykres zależności ciśnienia od objętości dla tych przemian.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 6

Zadanie 2.4 (2 pkt.)

Gdy tlen znajdował się w stanie C, cylinder, w którym prowadzono badania rozszczelnił się i część

tlenu w ciągu kilku sekund uszła z niego, zanim pracownik nie zauważył i nie zakręcił zaworu,

uszczelniając znów cylinder. Objętość gazu w czasie ulatniania się tlenu była stała, ale temperatura

spadła o 150oC, a w cylindrze pozostało 8 g tlenu. Jakie wówczas było ciśnienie tlenu?

Zadanie 2.5 (2 pkt.)

Jaka liczba cząsteczek tlenu ulotniła się?

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 7

Zadanie 2.6 (1 pkt.)

Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.

Jeden mol tlenu waży

A

tyle samo co

jeden mol

helu

i zawiera

1 tyle samo cząsteczek.

B

więcej niż

2 więcej cząsteczek.

C mniej niż 3 niej cząsteczek.

Zadanie 2.7 (1 pkt.)

Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.

1 W pokoju latem znajduje się mniejsza liczba cząsteczek, jeśli ciśnienie jest takie

samo, a temperatura w pokoju jest większa.

P F

2 W pokoju z powyższego przykładu zaszła przemiana izobaryczna powietrza.

P F

3 Jeden mol gazu w każdych warunkach zajmuje objętość 22,4 dm3.

P F

Zadanie 2.8 (1 pkt.)

Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.

Przemiany AB i KL są izotermiczne/ izobaryczne / izochoryczne, a różne nachylenie może wynikać z

różnej liczby moli / różnej temperatury / zmieniającej się objętości gazów.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 8

Zadanie 3. Cykl termodynamiczny (15 pkt.)

Jeden mol gazu doskonałego, o cząsteczkach dwuatomowych, a więc taki, że C� =�

�R, poddano

cyklowi przemian, przedstawionych na wykresie poniżej. W stanie A temperatura wynosi TA = 600 K, a

objętość 500 cm3.

Zadanie 3.1 (3 pkt.)

Oblicz i podaj ile wynoszą temperatury gazu:

TB = .............. K Tc = .............. K TD = .............. K

obliczenia

p

V

A B

C D

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 9

Zadanie 3.2 (4 pkt.)

Dla każdej przemiany zastanów się nad pierwszą zasadą termodynamiki

Wypełnij tabelkę używając słów: symboli:

+ jeżeli wartość jest dodatnia

- jeśli wartość jest ujemna

0 jeśli wartość wynosi 0

∆U

przyrost energii

wewnętrznej

Q

ciepło

W

praca sił zewnętrznych

przemiana A-B

przemiana B-C

przemiana C-D

przemiana D-A

miejsce na ewentualne obliczenia i notatki

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 10

Zadanie 3.3 (3 pkt.)

Dla przemiany A-B oblicz i podaj wartości:

zmiana energii wewnętrznej ∆U = ........................

ciepło Q = .......................... i jest to ciepło ...................................................................................

(pobrane przez układ – oddane do otoczenia – WYBIERZ)

Praca sił zewnętrznych W = .........................

Zadanie 3.4 (2 pkt.)

Oblicz pracę użyteczną w pełnym cyklu

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 11

Zadanie 3.5 (1 pkt.)

Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.

Jeśli sprężymy powoli

gaz w cylindrze

metalowym, to przy

szczelności układu,

zajdzie sprężanie

A

izotermiczne.

jeśli to samo zrobimy

w cylindrze całkowicie

izolującym cieplnie

układ od otoczenia,

zajdzie sprężanie

1 izotermiczne.

B

adiabatyczne.

2 adiabatyczne.

C izochoryczne. 3 izochoryczne.

Zadanie 3.6 (1 pkt.)

Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.

1 Praca gazu w przemianie izotermicznej jest równa zero.

P F

2 Jeśli gaz ogrzejemy izochorycznie, to jego energia wewnętrzna wzrośnie, a praca

sił zewnętrznych jest wówczas ujemna.

P F

3 Przemiana adiabatyczna, to taka, w której nie zachodzi wymiana ciepła z

otoczeniem.

P F

Zadanie 3.7 (1 pkt.)

Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.

Takie gazy jak hel i neon mają ciepła molowe przy stałej objętości równe 1,5 / 2,5 / 3 krotności stałej

gazowej R, a ciepła molowe przy stałym ciśnieniu 1,5 / 2,5 / 3 krotności stałej gazowej R.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 12

Zadanie 4 - Kondensator (15 pkt.)

Kondensator-akwarium płaski jest wypełniony wodą destylowaną, dla której stała

dielektryczna względna ɛr = 81. Pojemność tego kondensatora wynosi C = 32,4 pF.

Powierzchnia płytek wynosi S = 100 cm2. Kondensator ten podłączono do źródła prądu o

napięciu U = 100 V.

Zadanie 4.1 (2 pkt.)

Ile wynosi wysokość akwarium?

Zadanie 4.2 (1 pkt.)

Jaki ładunek zgromadził się na kondensatorze?

płytki

woda

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 13

Zadanie 4.3 (3 pkt.)

Po pewnym czasie wskutek nieszczelności połowa wody się wylała, a kondensator cały czas był

podłączony do źródła prądu. Wykaż, że pojemność kondensatora wynosiła wówczas około 0,8 pF, a

zgromadzony na nim ładunek, około 8·10-11

C.

Zadanie 4.4 (3 pkt.)

Gdy połowa wody się wylała, a więc gdy ładunek zgromadzony wynosił 8·10-11

C , kondensator

odłączono od źródła prądu, ale woda z niego wylewała się nadal. Jaką pojemność miał kondensator

po wylaniu się wody i jakie napięcie ustaliło się na nim?

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 14

Zadanie 4.5 (2 pkt.)

W pewnym momencie tuż przy górnej okładce zabłąkał się elektron. Zakładając, że napięcie na

kondensatorze wynosiło wtedy 200 V, oblicz z jaką prędkością wypadł elektron.

Zadanie 4.6 (1 pkt.)

Czy uwzględnienie oddziaływania grawitacyjnego elektronu z Ziemią mocno zmieniłoby wynik

zadania 4.4? Wykaż to odpowiednimi obliczeniami.

Zadanie 4.7 (1 pkt.)

Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.

Wyjęcie izolatora

wypełniającego kondensator

płaski próżniowy wcześniej

naładowanego i

odłączonego od źródła

napięcia

A

zmniejszy pojemność

i ładunek.

Z kolei energia

kondensatora

1 wzrośnie.

B

zmniejszy pojemność

i napięcie między

okładkami.

2 zmaleje.

C zmniejszy pojemność,

a zwiększy napięcie

między okładkami.

3 nie zmieni się.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 15

Zadanie 4.8 (1 pkt.)

Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.

1 Połączenie stu jednakowych kondensatorów połączonych równolegle da

pojemność zastępczą sto razy większą.

P F

2 Usunięcie izolatora spomiędzy okładek kondensatora dołączonego do źródła

prądu nie zmieni natężenia pola elektrycznego w jego wnętrzu.

P F

3 Usunięcie izolatora spomiędzy okładek kondensatora odłączonego od źródła

prądu nie zmieni natężenia pola elektrycznego w jego wnętrzu.

P F

Zadanie 4.9 (1 pkt.)

Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.

Gdy w pole elektryczne kondensatora płaskiego próżniowego wpadnie elektron, z prędkością

równoległą do okładek, to wzdłuż okładek jego ruch jest jednostajny/ jednostajnie przyspieszony, a

w poprzek okładek jednostajny/ jednostajnie przyspieszony .

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 16

Zadanie 5 – Żarówki (15 pkt.)

Rysunki pochodzą ze strony: http://www.elektro.info.pl/artykul-galeria/id1973,kurs-praktycznego-

wykorzystania-programu-atp-emtp-czesc-18-zarowe-zrodla-swiatla?gal=1&zdjecie=784

Poniżej przedstawiono dwa wykresy charakteryzujące żarówki

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 17

Zadanie 5.1 ( 2 pkt.)

Czy któraś z dwóch żarówek przedstawiona na wykresie pierwszym, zależności mocy w funkcji

napięcia zasilania jest jednocześnie żarówką przedstawioną na rysunku drugim, zależności oporu od

napięcia zasilania? Uzasadnij swój sąd.

Zadanie 5.2 (2 pkt.)

Jak widać z wykresu drugiego opór żarówki wzrasta ze wzrostem napięcia. Wyjaśnij z punktu

widzenia mikroskopowej teorii przewodnictwa dlaczego tak się dzieje?

Zadanie 5.3 (3 pkt.)

Dlaczego żarówka jest przykładem charakterystyki nieomowej? Narysuj w poniższym układzie

współrzędnych wykres zależności natężenia prądu od napięcia dla opornika omowego.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 18

W dalszych rozważaniach przyjmij, że opór małej żaróweczki jest stały.

Zadanie 5.4 (1 pkt.)

Jaki opór ma każda żaróweczka?

Zadanie 5.5 (2 pkt.)

Jaki prąd popłynie przez żaróweczkę 1, gdy włącznik zostanie zamknięty.

I

U

1

2

3

W

Ɛ = 12 V, rw = 12 Ω

Obok przedstawiono obwód z

wyłącznikiem W i trzema

jednakowymi żaróweczkami, o

parametrach: Ɛ = 12 V, P = 2 W.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 19

Zadanie 5.6 (2 pkt.)

W zadaniu tym wyłącznik W jest na początku otwarty, później zamknięty. Jak zmieni się moc

wydzielona na żaróweczce trzeciej po zamknięciu wyłącznika. Należy odpowiedzieć, czy wzrośnie, czy

zmaleje, czy nie zmieni się i ile razy wzrośnie, czy też ile razy zmaleje.

Zadanie 5.7 (1 pkt.)

Zakreśl kółkiem A, B, bądź C i 1, 2, bądź 3, aby zdanie było w pełni prawdziwe.

Jeśli połączymy szeregowo

dwa jednakowe oporniki

omowe o mocy P,

dostosowane do napięcia U i

podłączymy do napięcia U,

to ich moce

A

nie zmienią się

a jeśli

połączymy je

do napięcia U

równolegle, to

ich moce

1 nie zmienią się.

B

zmniejszą się

dwukrotnie

2 zmniejszą się

dwukrotnie.

C zmniejszą się

czterokrotnie

3 zmniejszą się

czterokrotnie.

Włodzimierz Wolczyński – 25R3–FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII POZIOM ROZSZERZONY Strona 20

Zadanie 5.8 (1 pkt.)

Zaznacz, czy poniższe zdania są prawdziwe – P, czy fałszywe – F.

1 Jeśli drut przetniemy na cztery równe części i skręcimy ze sobą, to opór zmaleje

16 razy.

P F

2 Opór dwóch różnych oporników połączonych równolegle jest mniejszy niż

najmniejszy z nich.

P F

3 Opór żarówki jest nieomowy, to znaczy nie spełnia prawa Ohma.

P F

Zadanie 5.9 (1 pkt.)

Podkreśl frazy pisane pismem pochyłym, by powstały w pełni prawdziwe zdania.

Amperomierz jako miernik użyty w obwodzie jest również opornikiem. Aby błąd pomiaru był

minimalny, jego opór powinien być jak najmniejszy/ jak największy/ porównywalny z oporem

całkowitym obwodu. Amperomierz łączymy z gałęzią, w której mierzymy natężenie prądu szeregowo

/ równolegle, a gdy chcemy rozszerzyć jego zakres, łączymy go z oporem szeregowo / równolegle.