Fizyka, matura próbna 2015 - poziom rozszerzony - pytania i odpowiedzi

Uczniowie badali zjawisko odbicia piłki. Upuszczali kauczukową piłeczkę z różnych wysokości H nad podłogą i mierzyli wysokość h, na którą piłeczka uniosła się po odbiciu. Pomiary powtarzano kilkakrotnie dla każdej wysokości H, a wyniki pomiarów h uśredniano. W tabeli poniżej zestawione są wyniki eksperymentu (Δh oznacza niepewność wartości h).

Uczeń zbudował jo-jo, które składało się z dwóch jednakowych walców, każdy o masie 25 g, promieniu 25 mm i grubości 15 mm, połączonych sztywno krążkiem o promieniu 10 mm i grubości 4 mm, na który nawinął nić (rysunek poniżej).

Punkt materialny porusza się ruchem prostoliniowym wzdłuż osi x. Jego położenie na osi zmienia się w czasie – zgodnie z wykresem przedstawionym poniżej.

Wagon kolejowy o masie 45 t po zjechaniu z górki rozrządowej uzyskał prędkość 5 m/s. Następnie przez 10 s jechał po poziomo ułożonych torach w kierunku stojącego składu pociągu i automatycznie się z nim sczepił. Skład, do którego dołączył wagon, stanowiły trzy wagony. Wszystkie cztery wagony były takie same. Podczas jazdy po torach na wagony działa siła tarcia, dla której efektywny współczynnik tarcia wynosi ƒ = 0,007 (tzn. siła tarcia jest taka, jakby występował poślizg ze współczynnikiem tarcia ƒ = 0,007).

Samochód jadący z prędkością o wartości 75 km/h rozpoczął wyprzedzanie na prostoliniowym odcinku szosy. Po 5 s jego prędkość miała wartość 111 km/h. Załóż, że podczas wyprzedzania ruch samochodu był jednostajnie przyspieszony.

Rozważamy układy planetarne dwóch gwiazd o różnych masach M₁ i M₂. Dwie planety poruszają się wokół różnych gwiazd po okręgach o tym samym promieniu, z okresami obiegu odpowiednio T₁ i T₂

Metoda paralaksy jest stosowana do wyznaczania odległości obiektów astronomicznych na podstawie ich położenia na niebie, obserwowanego z Ziemi.

W najprostszym silniku prądu stałego ramka z nawiniętym drutem i płynącym w nim prądem obraca się w stałym, jednorodnym polu magnetycznym. Podczas obrotu wirnika zmienia sięwartość momentu sił napędowych. Siły oporu działające na obracający się wirnik powodują, że wirnik może zwolnić, gdy moment sił napędowych jest zbyt mały. Efekt ten jest mniejszy, gdy zwoje nawinięte są na rdzeń o dużym momencie bezwładności. Użycie rdzenia ołowianego spowodowałoby, że moment bezwładności wirnika byłby bardzo duży. W praktyce jednak rdzeń wirnika jest wykonywany ze stali.

Jednorodny przewodnik o polu przekroju poprzecznego S = 1 mm² wykonany z miedzi o oporze właściwym ρ = 1,7·10^–8 Ω·m został uformowany w kształcie okręgu. Średnica okręgu wynosi d = 10 cm. Do punktów A i B zostało podłączone ogniwo o sile elektromotorycznej 1 V i oporze wewnętrznym 0,5 Ω (rysunek poniżej). Długości łuków przewodnika spełniają relację l₁ = 3l₂.

Opornica suwakowa podłączona zgodnie ze schematem (rysunki poniżej) pozwala, poprzez zmianę położenia suwaka C, na uzyskiwanie dowolnego napięcia U_CB o wartościach w przedziale od 0 do U_AB. Źródło o napięciu 6 V postanowiono wykorzystać do zasilania żaróweczki dostosowanej do pracy pod napięciem 4,5 V. Podłączając woltomierz pomiędzy punktami C i B (lewy rysunek), ustawiono opornicę tak, że mierzone napięcie wynosiło 4,5 V. Po takim ustawieniu odłączono woltomierz i w jego miejsce podłączono żaróweczkę(prawy rysunek).

Uzasadnij, dlaczego żaróweczka po podłączeniu świeciła słabiej niż po podłączeniu jej do źródła napięcia 4,5 V.

W układzie współrzędnych prostokątnych xyz jednorodne pole magnetyczne skierowane jest wzdłuż osi x. W polu tym porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowy metalowy drucik równoległy do osi z.

Oceń prawdziwość zdań zamieszczonych poniżej.

Płaski kondensator o pojemności 100 pF został naładowany tak, że na każdej z jego okładek znalazł się ładunek elektryczny o wartości bezwzględnej Q = 6 μC.

Spośród podanych możliwości wybierz uzupełnienia zdań opisujących własności światła (I.) i dźwięku (II.) tak, aby zdanie tworzyło poprawną i logiczną całość. W miejscu kropek wpisz odpowiednie cyfry lub litery odpowiadające elementom wybranym przez Ciebie.

I.
Światło odbite od powierzchni wody ........ (1. zawsze jest; 2. nigdy nie jest; 3. jest, gdy kąt jego padania ma określoną wartość) ........ (4. spolaryzowane; 5. niespolaryzowane), ponieważ fala świetlna jest ........ (6. podłużna; 7. poprzeczna).

II.
Fala dźwiękowa odbita od powierzchni wody ......... (A. nigdy nie jest; B. jest, gdy kąt jej padania ma określoną wartość; C. jest zawsze) spolaryzowana, ponieważ jest falą ......... (D. podłużną; E. poprzeczną).
 

Na stoliku ustawiono mikrofon rejestrujący docierający do niego dźwięk. Nad mikrofonem zawieszono na statywie sprężynę, na której zamocowano głośnik wysyłający falę o częstotliwości 10 kHz. Sprężynę wprawiono w drgania pionowe. Poniżej na wykresie przedstawiono zależność położenia głośnika względem położenia równowagi. Dodatnia wartość x oznacza, że głośnik znajduje się powyżej położenia równowagi, a ujemna – że znajduje się on poniżej.

Badano bieg promieni świetlnych w różnych ośrodkach. W tym celu użyto:

Pompa ciepła jest urządzeniem pobierającym ciepło w miejscu o niższej temperaturze (źródło), a oddającym ciepło w wyższej temperaturze (odpływ), a ponadto pobierającym energię w formie pracy (np. pracy mechanicznej lub pracy prądu elektrycznego). Pobór ciepła w źródle następuje wskutek parowania cieczy, a jego oddawanie w odpływie – wskutek jej skraplania, dlatego źródło nazywane jest często parownikiem, a odpływ – skraplaczem. Ciecz krąży w pompie ciepła w obiegu zamkniętym wymuszonym przez działanie sprężarki poruszanej przez silnik elektryczny. Pompa ciepła może być wykorzystana do ogrzewania budynków zimą lub ich chłodzenia latem.

Louis de Broglie zauważył, że stany energetyczne elektronu w atomie wodoru są związane z jego falową naturą. Dozwolone wartości energii elektronu można wyprowadzić z warunku, aby na orbicie o numerze n układała się całkowita wielokrotność długości fali (n·λ) odpowiadającej elektronowi. Promień orbity o numerze n wynosi:

Komin służy do odprowadzania zużytego powietrza [...] z zamkniętych pomieszczeń [...] do atmosfery. [...] W większości budynków mieszkalnych [...] kominy działają na zasadzie wentylacji grawitacyjnej. Polega ona na samoistnym przepływie powietrza od podstawy komina w górę do jego wylotu, na skutek wypychania powietrza z wnętrza budynku przez zewnętrzne powietrze napływające do środka kanałami nawiewnymi [...]. Dzięki wyporowi hydrostatycznemu ciepłe powietrze unosi się do góry w postaci prądu konwekcyjnego i kominem wydostaje się na zewnątrz. Dzieje się tak dlatego, że niemal zawsze powietrze znajdujące się wewnątrz budynków mieszkalnych jest cieplejsze, a co za tym idzie – charakteryzuje się mniejszą gęstością ρ_w niż zimne powietrze zewnętrzne (o gęstości ρ_z). Prowadzi to do powstania u podstawy komina, czyli w pomieszczeniu zamkniętym, tzw. ciśnienia czynnego Δp. [...]