Próbna matura 2017. Fizyka - czas na powtórkę!

Zadania w arkuszu egzaminacyjnym z fizyki będą sprawdzały przede wszystkim umiejętności złożone, w tym na przykład rozumowanie wymagające krytycznego myślenia, wykrywanie współzależności elementów lub procesów albo związków przyczynowo-skutkowych i funkcjonalnych. Będą też sprawdzały umiejętność stosowania prostych zależności, interpretacji zjawisk, algebraicznej analizy wyrażeń wiążących wielkości fizyczne oraz wyciągania i formułowania wniosków.

PRÓBNA MATURA 2017 Z FIZYKI

Zadanie 1.
Na platformie ciężarówki spoczywa skrzynia o masie 100 kg. Ciężarówka porusza się poziomo, ruchem jednostajnie
przyspieszonym z przyspieszeniem 2 m/s2 .
Oceń prawdziwość poniższych zdań, przyjmując wartość przyspieszenia ziemskiego 10 m/s2. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli jest fałszywe. Wstaw obok każdego zdania znak X przy wybranej odpowiedzi.

1. Wartość siły nacisku, jaką skrzynia wywiera na podłoże przyczepy, jest równa ciężarowi skrzyni. Prawda/Fałsz
2. Wartość siły tarcia działającej między skrzynią a podłożem stanowi około jedną piątą wartości siły nacisku skrzyni na podłoże. Prawda/Fałsz
3. Skrzynia nie przesuwa się, ponieważ siła ciężkości działająca na skrzynię jest równoważona przez siłę sprężystości podłoża. Prawda/Fałsz

Zadanie 2.
W stałym jednorodnym polu magnetycznym poruszają się po okręgach dwie naładowane cząstki. Promienie tych okręgów są takie same. Jaki wniosek można wyciągnąć na podstawie tej informacji?
Wybierz i podkreśl odpowiedź spośród podanych poniżej.
A. Obie cząstki mają ładunek o tej samej wartości.
B. Obie cząstki mają pędy o tych samych wartościach.
C. Stosunek wartości pędu do wartości ładunku jest dla obu cząstek taki sam.
D. Stosunek wartości prędkości do wartości ładunku jest dla obu cząstek taki sam.

Zadanie 3.
Czarna herbata smakuje najlepiej, gdy zalejemy ją wodą o temperaturze ok. 100°C. Herbata zaparzona wrzącą wodą na Mount Everest (8850 m n.p.m.) smakuje gorzej. Poniżej w tabeli przedstawiono zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia.

Zadanie 4.
Obwód składający się z żarówki, kondensatora o pojemności C, wyłącznika K i źródła stałego napięcia U (ogniwo o bardzo małym oporze wewnętrznym) połączony jest zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku. Wyłącznik może być otwarty lub zamknięty. Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli zdanie jest fałszywe i wstaw znak X w odpowiednie miejsce.

Obwód zamknięto wyłącznikiem K. Po odpowiednio długim czasie
1. przez żarówkę płynie prąd. Prawda/Fałsz
2. napięcie na zaciskach żarówki wynosi U. Prawda/Fałsz
3. napięcie na kondensatorze wynosi 0. Prawda/Fałsz
4. na kondensatorze zgromadzi się ładunek Q=CxU. Prawda/Fałsz

Zadanie 5.
Poniżej podano nazwy kilku wielkości fizycznych:
A. pęd całkowity
B. prędkość
C. energia kinetyczna
D. energia całkowita
Spośród podanych dobierz odpowiednie wielkości fizyczne, które są zachowane dla każdego z przedstawionych poniżej rodzajów zderzeń. Wstaw w tabeli znak X w odpowiednich miejscach.

1. Zderzenie sprężyste A/B/C/D
2. Zderzenie niesprężyste A/B/C/D

Zadanie 6.
Fotokomórkę z katodą cezową, dla której praca wyjścia ma wartość 1,8 eV, włączono w obwód elektryczny pokazany na schemacie. Katodę oświetlano światłem jednobarwnym o różnych częstotliwościach, wykorzystując źródła o różnych mocach.

Zadanie 6.1.
Gdy na katodę padało światło o częstotliwości f, nie zaobserwowano przepływu prądu w obwodzie.
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli zdanie jest fałszywe. Wstaw znak X w odpowiednie miejsce.

1. Aby zaczął płynąć prąd, należy na katodę skierować światło o dostatecznie krótkiej fali, krótszej od fali o częstotliwości f. Prawda/Fałsz
2. Aby zaczął płynąć prąd, należy na katodę skierować światło ze źródła fali o tej samej częstotliwości f, ale większej mocy. Prawda/Fałsz

Zadanie 6.2.
Obok przedstawiono wykres zależności maksymalnej energii kinetycznej fotoelektronów od częstotliwości fali padającej na katodę cezową w fotokomórce. Zapisz wzór tej funkcji (zależność energii kinetycznej elektronów od częstotliwości fali padającej). Uzupełnij wykres, wpisując wartości współrzędnych miejsc przecięcia wykresu funkcji z obiema osiami układu współrzędnych. Miejsce przecięcia obu osi to punkt o współrzędnych (0,0).

Zadanie 6.3.
Spośród podanych poniżej wybierz jednostkę, która wyraża stałą Plancka w układzie SI.

Zadanie 7.
Wahadło matematyczne o długości 1 m i masie 0,01 kg wprawiono w drgania, odchylając o 4 cm od pionu, i puszczono w chwili t = 0.
Narysuj wykres przedstawiający zależność prędkości wahadła od czasu dla jednego okresu drgań.

Tekst do zadań 8–9
Średni czas życia protonów nie jest dziś dobrze określony. Najprostsza wersja teorii przewiduje, że czas potrzebny do rozpadu protonu wynosi 1030 lat lub inaczej biliard biliardów lat. To proste przewidywanie zostało już jednak zanegowane przez eksperymenty, które pokazały, że życie protonu musi być dłuższe. […] Biorąc pod uwagę fakt, że wiek Wszechświata jest rzędu dziesięciu miliardów lat, pomysł przeprowadzenia eksperymentu, który pozwoli na zmierzenie czasu życia wynoszącego biliard biliardów lat, wydaje się nie do zrealizowania. Jednakże podstawowy pomysł jest całkiem prosty, jeśli zrozumie się mechanizm rozpadu promieniotwórczego. Wszystkie cząstki, a w tym przypadku proton, nie żyją przez ściśle określoną ilość czasu, a potem nie rozpadają się wszystkie naraz. Zamiast tego cząstki mają możliwość rozpadu w każdej chwili. Jeśli prawdopodobieństwo, aby nastąpił rozpad, jest bardzo małe, nie dochodzi do niego i większość cząstek dożywa dojrzałego wieku. Czas życia cząstek to średni czas, jaki żyją, ale nie rzeczywisty czas życia każdej z nich. Zawsze znajdą się jakieś cząstki, które rozpadną się wcześniej. […] Aby zarejestrować proces rozpadu, potrzebna jest duża liczba cząstek. […] Przypuśćmy, że chcemy zmierzyć rozpad protonu o spodziewanym czasie życia 1032 lat. Jeśli weźmiemy duży pojemnik zawierający 1032 protonów (sprawę załatwi mały basen o długości 20 metrów, szerokości 5 metrów i 2 metrach głębokości), to około jeden proton na rok będzie rozpadał się w takim eksperymencie. Jeśli potrafilibyśmy skonstruować urządzenia dostatecznie czułe, aby mogły rozpoznać każdy akt rozpadu, to pozostałoby nam jedynie parę lat czekania i eksperyment byłby wykonany. […] Nie musimy więc czekać 1032 lat, aby poznać odpowiedź. Eksperymenty tego rodzaju potwierdziły już, że życie protonu jest dłuższe niż 1032 lat.
Źródło: F. Adams, G. Laughlin, Ewolucja Wszechświata, Warszawa 2000, str. 137–138.

Zadanie 8.
Powyższy tekst odwołuje się do statystycznego charakteru procesu rozpadu promieniotwórczego. Wyjaśnij na czym, wg tekstu, ten statystyczny charakter polega.

Zadanie 9.
W eksperymencie mającym na celu pomiar średniego czasu życia protonów używa się basenu z odpowiednią ilością wody. W pomiarze mają znaczenie tylko atomy wodoru. Oblicz liczbę protonów wodorowych znajdujących się w basenie. Na tej podstawie wyjaśnij, dlaczego do opisanego eksperymentu używa się basenu o podanych rozmiarach. Przyjmij, że woda ma
gęstość 1 g/cm3 , a jeden mol wody ma masę 18 g.

Tekst do zadań 10–11
Do dziś odkryto już ponad 700 planet pozasłonecznych. Teraz czas na ustalenie, jak wiele podobnych do Ziemi planet gości Nasza Galaktyka. 7 marca 2009 r. w poszukiwaniu odpowiedzi wyruszyła amerykańska misja Kepler. Porusza się wokół Słońca po orbicie bliskiej ziemskiej, okrążając je w ciągu 371 dni. Światło zebrane przez zwierciadło o średnicy 1,4 m pada na 95-megapikselową kamerę CCD. […] Satelita wypatruje zmian blasku wybranych gwiazd wywołanego przyćmieniem przez ewentualne planety. Wykrywa zmianę natężenia światła o zaledwie jedną pięćdziesięciotysięczną. […] Badacze poszukują zdatnych do zamieszkania planet pozasłonecznych. Kierują się przy tym przede wszystkim jednym kryterium: czy na powierzchni dalekiego globu może być obecna ciekła woda. Zespół misji Kepler doniósł o odkryciu kolejnej potencjalnie życiodajnej planety – Kepler 22b – okrążającej odległą o 600 lat świetlnych nieco mniejszą od Słońca i trochę chłodniejszą gwiazdę z konstelacji Łabędzia. […] Znamy jej (tej planety) średnicę: jest ona 2,4 razy większa od ziemskiej. Jeśli ma ona gęstość zbliżoną do Ziemi, oznacza to, że jej masa wynosi około 13 mas Ziemi, a jeśli zbliżoną do gęstości lodu, to ma masę dwóch-trzech Ziemi. Rok trwa na niej 290 ziemskich dni. Temperatura jej powierzchni najprawdopodobniej wynosi około 20 stopni, a więc jest tylko nieznacznie wyższa od średniej temperatury naszej planety, wynoszącej około 14 stopni.
Źródło: Wiedza i Życie, styczeń 2012, str. 10–11.

Zadanie 10.
Zadanie 10.1.
Korzystając z powyższego tekstu opisz, na podstawie czego wyciąga się wniosek o istnieniu planet w układach pozasłonecznych.

Zadanie 10.2.
Wyjaśnij, na podstawie jakiego kryterium przypuszcza się, że na planecie Kepler 22b mogłoby występować życie.

Zadanie 10.3.
Zapisz, jak rozumiane jest pojęcie roku na planecie Kepler 22b.

Zadanie 11.
Wyznacz w kilometrach odległość od Ziemi do gwiazdy, wokół której krąży planeta Kepler 22b.

Zadania pochodzą z informatorów CKE