Fizyka, matura przykładowa dla formuły 2015 - poziom rozszerzony - pytania i odpowiedzi

Podczas gry w badmintona zawodniczka uderzyła lotkę na wysokości 2 m, nadając jej poziomą prędkość o wartości 5 m/s. Lotka upadła w pewnej odległości od zawodniczki. Jest to odległość o jedną trzecią mniejsza od odległości upadku lotki przy pominięciu oporu powietrza. Przyjmij, że po uderzeniu lotki zawodniczka nie zmieniła swojego położenia. Oblicz, w jakiej odległości od zawodniczki upadła lotka.

Dwie różne kulki o tej samej masie m uderzyły prostopadle w drewnianą ścianę z taką samą prędkością o wartości v. Kulka A po odbiciu poruszała się z przeciwną prędkością, natomiast kulka B ugrzęzła w ścianie. Oznaczmy jako p_A wartość pędu przekazanego ścianie przez kulkę A oraz jako p_B wartość pędu przekazanego ścianie przez kulkę B.

W celu wyznaczenia gęstości nieznanej cieczy uczniowie badali zależność siły wyporu działającej na zanurzany w niej aluminiowy walec od głębokości jego zanurzenia. Zestaw doświadczalny składał się ze słoika z cieczą, siłomierza, statywu, linijki oraz aluminiowego walca z uchwytem. Ciężar walca wynosił Q = 2,7 N, pole jego podstawy S = 10 cm², a wysokość H = 10 cm.

W strzelectwie sportowym używa się m.in. karabinów, które mają lufy o długości 70 cm. Zależność wartości prędkości pocisku od czasu podczas jego ruchu w lufie karabinu przedstawiona jest na wykresie.

Poniższy wykres odnosi się do zadań 5.1 i 5.2. Wykres przedstawia zależność wartości pędu samochodu o masie 1200 kg od czasu.

Kolistą tarczę nasunięto na pręt w taki sposób, że może się wokół niego swobodnie obracać, ale nie może przesuwać się wzdłuż pręta. Jeden koniec pręta zamocowano na nici, a drugi przytrzymano (Rys. 1a.). Obserwowano zachowanie się układu pręt – tarcza w dwóch przypadkach.

Dwa naczynia zawierały jednakowe ilości tego samego gazu o tej samej temperaturze. Gazy te ogrzewano, dostarczając im takiej samej ilości ciepła. W pierwszym przypadku proces był izobaryczny, a w drugim izochoryczny.

Zaznacz, aby poniższe zdanie było prawdziwe.

W dwóch naczyniach A i B przeprowadzono przemiany takich samych ilości tego samego gazu doskonałego. Na wykresie przedstawiono zależności ciśnienia od objętości dla obu gazów.

Termometr laboratoryjny mierzący temperatury w zakresie od -10 °C do 50 °C położono na stoliku pompy próżniowej, ale nie przykrywano kloszem (jak na rysunku).

Na rysunku poniżej przedstawiono schemat doświadczenia, w którym użyto elektroskopu. Elektroskop składa się z metalowej uziemionej obudowy (1), wewnątrz której umieszczony jest odizolowany od niej metalowy pręcik (2). Na pręciku zawieszone są metalowe listki (3). Listki mogą się swobodnie odchylać.

Uzwojenie pierwotne transformatora zawierało 1200 zwojów, natomiast wtórne – 200. Podczas eksperymentu uczniowie podłączyli do pierwotnego uzwojenia zmienne napięcie o wartości skutecznej równej 24 V. Następnie podłączyli woltomierz do uzwojenia wtórnego i odczytali wartość napięcia skutecznego. Następnie liczbę zwojów w uzwojeniu wtórnym zwiększyli o 400 i ponownie zmierzyli napięcie.

Dwa druty oporowe o tej samej długości i przekroju, jeden z konstantanu, a drugi z chromonikieliny, połączono w obwód. Schemat połączenia pokazano na rysunku.

Rozważ dwa układy drgające przedstawione na rysunku. Wszystkie sprężyny są identyczne, a masy ciężarków – równe. Jeśli ciężarki zostaną wprawione w drgania, to okres drgań ciężarka na pojedynczej sprężynie wynosi T₁, a okres drgań ciężarka w układzie z dwoma sprężynami wynosi T₂.

Na długiej nici zawieszono dwa identyczne, niewielkie ciężarki i wprawiono w drgania. W chwili, gdy układ był maksymalnie wychylony, jeden z ciężarków odpadł, a ciężarek pozostały na nici nadal drgał. W obu przypadkach potraktuj drgający układ jako wahadło matematyczne i pomiń opory ruchu.
Odpadnięcie ciężarka może spowodować zmiany niektórych parametrów układu drgającego.

Podczas rozładowywania statku dźwig przez pewien czas podnosił kontener ruchem jednostajnie przyspieszonym. Poniżej zapisano stwierdzenia dotyczące energii kontenera i pracy wykonanej przez dźwig w tym czasie.

Oceń prawdziwość poniższych zdań.

Badano zderzenia dwóch wózków poruszających się na torze powietrznym, który eliminuje wpływ sił tarcia. Pierwszy wózek (A) wprawiono w ruch w kierunku nieporuszającego się drugiego wózka (B). Po zderzeniu oba wózki poruszały się razem. Na odcinku o długości S zmierzono czas poruszania się wózka A przed zderzeniem, a następnie na odcinku o tej samej długości czas ruchu obu wózków po zderzeniu (rysunek). Porównano oba te czasy.
Masy wózków użytych w doświadczeniu były identyczne.

Pozyton to antycząstka elektronu o tej samej masie i ładunku przeciwnym do ładunku elektronu. Izotop tytanu o liczbie masowej 45 ulega rozpadowi promieniotwórczemu z emisją pozytonu. Zapisz równanie reakcji takiego rozpadu, posługując się układem okresowym pierwiastków.

Nietoperze orientują się w przestrzeni, wysyłając, a następnie odbierając odbite fale ultradźwiękowe. Są to fale o częstotliwościach wyższych, niż dźwięki słyszalne przez człowieka. Nietoperz zbliża się do muru z prędkością 36 km/h, wysyłając fale o częstotliwości 85 kHz.

Oblicz, jaką długość będzie miała fala odbita od muru.
Przyjmij, że dźwięk rozchodzi się w powietrzu z prędkością o wartości równej 340 m/s.

Jedną z wielkości charakteryzujących soczewki jest ich zdolność skupiająca. Zdolność skupiająca wyrażona w dioptriach jest odwrotnością ogniskowej soczewki wyrażonej w metrach.
W odległości 20 cm od soczewki o zdolności skupiającej 4 dioptrie umieszczono przedmiot.
Dokończ poniższe zdanie tak, aby było prawdziwe. Wybierz odpowiedź i jej uzasadnienie. Zaznacz wybrane odpowiedzi.

W pobliżu zwojnicy umieszczono magnes. Gdy zaczęto przesuwać go, tak jak wskazuje strzałka na rysunku, galwanometr wskazał przepływ prądu w obwodzie zwojnicy.

Rozszczepiona w pryzmacie wiązka światła białego pada na płytkę pokrytą sodem. Graniczna długość fali wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne w płytce pokrytej sodem odpowiada światłu zielonemu.

Tabela przedstawia długości fal w próżni odpowiadające poszczególnym barwom światła.

„Jeśli patrząc w górę daleko od Słońca, widzimy jasne, niebieskie niebo, oznacza to, że dochodzi stamtąd do naszych oczu światło słoneczne, które zmieniło po drodze kierunek. […] Kiedy światło dociera do atmosfery, część jego energii rozchodzi się we wszystkich kierunkach w procesie zwanym rozpraszaniem. […] Rozpraszanie światła słonecznego przez powietrze tłumaczy, dlaczego niebo jest jasne, ale żeby zrozumieć dlaczego jasne niebo jest niebieskie, musimy uwzględnić falową naturę światła. Wszystkie rodzaje fal są rozpraszane przez znajdujące się na ich drodze przeszkody. Kamień będzie rozpraszał fale na wodzie: będą się od niego rozchodzić drobne fale w nowych kierunkach. […] Przeszkoda bardzo mała w stosunku do długości fali nie będzie skutecznie rozpraszać. Ta sama przeszkoda będzie skuteczniej rozpraszać fale krótsze, dla których okaże się wystarczająco duża. To samo dzieje się ze światłem w atmosferze – elementy rozpraszające są mniejsze od długości fali światła widzialnego. […] Powietrze rozprasza światło, ponieważ nie jest ośrodkiem ciągłym, lecz składa się z odrębnych cząsteczek. Jeśli uznamy cząsteczkę za przeszkodę, to będzie ona tysiąc razy mniejsza niż długość fali światła. […] Cząsteczki nie są równomiernie rozłożone w przestrzeni, lecz zderzają się ze sobą, a zatem mogą przez chwilę tworzyć skupiska pewnej skończonej objętości. Takie statystyczne fluktuacje gęstości zdarzają się nieustannie i czynią powietrze grudkowatą strukturą, która rozprasza światło. Opierając się na tym statystycznym modelu, można oszacować, że rozmiary grudki są zbliżone do średniej odległości między cząsteczkami – co jeszcze jest sto razy mniej niż długość fali świetlnej. […] możemy stwierdzić, że rozpraszające przeszkody są mniejsze niż długość fali światłą widzialnego. W związku z tym fale krótsze (niebieskie) będą silniej rozpraszane niż fale dłuższe (czerwone). […] Jeśli ze światła przechodzącego przez atmosferę wyeliminowana zostanie wskutek rozproszenia niebieska część widma, to kolor nierozproszonej wiązki również musi się zmienić. […] W miarę jak rozpraszanie wycina coraz większą część krótkich fal – w czerwonawe. Tak właśnie zmienia się barwa Słońca w ciągu popołudnia. Im niżej Słońce świeci na niebie, tym bardziej wydłuża się droga promieni dochodzących przez atmosferę do oka obserwatora. O zachodzie (rozpraszanie na bardzo długiej drodze) jest tak duże, że Słońce wydaje się czerwone. Niebieskie niebo i czerwony zachód Słońca są dwoma dopełniającymi się aspektami tego samego zjawiska.”