Maj 2022 · Formuła 2015

Fizyka 2022 — poziom rozszerzony — Formuła 2015

W HTML jest już 29 z 29 jednostek arkusza: 0 ma rozwiązanie krok po kroku, a 29 ma odpowiedź w pierwszej redakcji i czeka na wyjaśnienie. Strona pozostaje poza indeksem do czasu ukończenia i recenzji arkusza.

Poziom
Rozszerzony
Kod arkusza
EFAP-R0-100-2205
Dokumenty
2

Pierwsze opracowanie · komplet podpunktów

Zadania i odpowiedzi; rozwiązania uzupełniamy

Odpowiedzi porównujemy z zasadami CKE. Pełny tok rozumowania dodajemy osobno; arkusz pozostaje poza indeksem do czasu pełnej recenzji.

Wersja arkusza

EFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015

Zadanie 1.11 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Dokończ zdanie. Wpisz właściwą liczbę w wykropkowanym miejscu. m Prędkość względna ciał A i B w chwili 𝑡 = 25 s ma wartość . s

Ciała A i B poruszały się w układzie inercjalnym w tę samą stronę, wzdłuż linii prostych równoległych. Na poniższym diagramie przedstawiono dla każdego z ciał A i B wykresy zależności wartości v prędkości tych ciał od czasu 𝑡, od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s. W chwili 𝑡 = 0 ciała A i B znajdowały się obok siebie. Przyjmij, że odległość między torami ruchów obu ciał jest tak mała, że można ją pominąć. Diagram v, m/s A 20 B 10 0 0 15 30 45 t, s

Pokaż odpowiedź
1 pkt – wpisanie prawidłowej wartości prędkości względnej ciał A i B.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – wpisanie prawidłowej wartości prędkości względnej ciał A i B. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź 10 m Prędkość względna ciał A i B w chwili 𝑡 = 25 s ma wartość . s

Zadanie 1.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Masa ciała A jest równa 12 kg. Oblicz wartość siły wypadkowej działającej na ciało 𝐀 w chwili 𝒕 = 𝟑𝟓 𝐬. EFAP-R0_100

Ciała A i B poruszały się w układzie inercjalnym w tę samą stronę, wzdłuż linii prostych równoległych. Na poniższym diagramie przedstawiono dla każdego z ciał A i B wykresy zależności wartości v prędkości tych ciał od czasu 𝑡, od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s. W chwili 𝑡 = 0 ciała A i B znajdowały się obok siebie. Przyjmij, że odległość między torami ruchów obu ciał jest tak mała, że można ją pominąć. Diagram v, m/s A 20 B 10 0 0 15 30 45 t, s

Pokaż odpowiedź
Do obliczenia siły wypadkowej skorzystamy z drugiej zasady dynamiki. Wartość siły wypadkowej działającej na ciało A w chwili 𝑡 = 35 s wyraża się wzorem: 𝐹𝐴 = 𝑚𝐴 𝑎𝐴 gdzie 𝑎𝐴 jest wartością przyśpieszenia (opóźnienia) ciała A w ruchu jednostajnie opóźnionym od 30 s do 45 s ruchu. Wartość przyśpieszenia obliczymy na podstawie danych odczytanych z wykresu: |Δ𝑣𝐴 | 𝑎𝐴 = Δ𝑡 m m |5 − 20 | 𝑎𝐴 = s s =1 m 45 s − 30 s s2 Obliczymy wartość siły wypadkowej: m 𝐹𝐴 = 12 kg ⋅ 1 = 12 N s2

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: rozwiązań zadań Zasady oceniania 2 pkt – poprawna metoda obliczenia wartości siły wypadkowej oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką (akceptuje się podanie rozwiązania w postaci ujemnej współrzędnej przyśpieszenia oraz siły). 1 pkt – zapisanie równania drugiej zasady dynamiki oraz zapisanie związku między przyśpieszeniem a zmianą prędkości i czasem, w którym ta zmiana nastąpiła LUB – poprawna metoda obliczenia wartości przyśpieszenia (zastosowanie związku miedzy przyśpieszeniem a zmianą prędkości i czasem, w którym ta zmiana nastąpiła, oraz poprawne odczytanie z wykresu zmiany prędkości w zadanym czasie) oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką LUB – skorzystanie z drugiej zasady dynamiki oraz niepoprawne obliczenie przyśpieszenia oraz konsekwentne doprowadzenie rozwiązania do końca i podanie wyniku z jednostką. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 1.33 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz odległość pomiędzy ciałami 𝐀 i 𝐁 w chwili 𝒕 = 𝟒𝟓 𝐬. Przyjmij, że w chwili 𝑡 = 0 odległość pomiędzy ciałami A i B była równa 0. Nr zadania 1.1. 1.2. 1.3. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 3 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Ciała A i B poruszały się w układzie inercjalnym w tę samą stronę, wzdłuż linii prostych równoległych. Na poniższym diagramie przedstawiono dla każdego z ciał A i B wykresy zależności wartości v prędkości tych ciał od czasu 𝑡, od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s. W chwili 𝑡 = 0 ciała A i B znajdowały się obok siebie. Przyjmij, że odległość między torami ruchów obu ciał jest tak mała, że można ją pominąć. Diagram v, m/s A 20 B 10 0 0 15 30 45 t, s

Pokaż odpowiedź
2 Sposób 1. (zastosowanie „metody pola” lub metody „prędkości średniej”) Odległość pomiędzy ciałami A i B w chwili 𝑡 = 45 s jest w tym przypadku równa różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s: 𝑑 = Δ𝑠 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 Każdą z dróg obliczymy metodą pola – pole pod wykresem prędkości od czasu, nad danym odcinkiem czasu, jest równe drodze, jaką przebyło ciało w tym czasie (przy uwzględnieniu jednostek): m 1 m m 𝑠𝐴 = 20 ⋅ 30 s + ⋅ (20 + 5 ) ⋅ 15 s = 787,5 m s 2 s s 1 m m m 1 m 𝑠𝐵 = ⋅ (20 + 10 ) ⋅ 15 s + 10 ⋅ 15 s + ⋅ 10 ⋅ 15 s = 450 m 2 s s s 2 s 2 W przykładowych rozwiązaniach zadań otwartych zamieszczono dodatkowe komentarze, które nie podlegają ocenie. Podlegające ocenie zapisy w pracy zdającego są wyszczególnione w zasadach oceniania. Zatem: 𝑑 = 787,5 m − 450 m = 337,5 m Sposób 2. (zastosowanie wzorów na drogę z obliczeniem przyśpieszenia) Odległość pomiędzy ciałami A i B w chwili 𝑡 = 45 s jest w tym przypadku równa różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s: 𝑑 = Δ𝑠 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 Do obliczenia każdej z dróg zastosujemy wzór na drogę w ruchu jednostajnym oraz wzór na drogę w ruchu jednostajnie opóźnionym, oraz wzór na przyśpieszenie. Obliczymy drogę przebytą przez ciało A: 1 2 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑡𝐴1 + (𝑣𝐴 𝑡𝐴2 − 𝑎𝐴 𝑡𝐴2 ) 2 |5 − 20 | m m 𝑎𝐴 = 2 =1 2 45 − 30 s s Zatem: m m 1 m 𝑠𝐴 = 20 ⋅ 30 s + (20 ⋅ 15 s − ⋅ 1 2 ⋅ 152 s2 ) = 787,5 m s s 2 s Podobnie obliczymy drogę przebytą przez ciało B: 1 2 1 2 𝑠𝐵 = (𝑣𝐵𝑝 𝑡𝐵1 − 𝑎𝐵1 𝑡𝐵1 ) + 𝑣𝐵 𝑡𝐵2 + 𝑎𝐵3 𝑡𝐵3 2 2 |10 − 20 | m 2 m |0 − 10 | m 2 m 𝑎𝐵1 = 2 = 2 𝑎𝐵3 = = = 𝑎𝐵1 15 − 0 s 3 s 45 − 30 s2 3 s2 m 1 2 m m 1 2 m 𝑠𝐵 = (20 ⋅ 15 s − ⋅ 2 ⋅ 152 s2 ) + 10 ⋅ 15 s + ⋅ ⋅ 152 s2 s 2 3 s s 2 3 s2 𝑠𝐵 = 450 m Zatem: 𝑑 = 787,5 m − 450 m = 337,5 m Sposób 3. (obliczenie pola pomiędzy wykresami) Odległość pomiędzy ciałami A i B w chwili 𝑡 = 45 s jest w tym przypadku równa różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie od chwili 𝑡 = 0 do chwili 𝑡 = 45 s: 𝑑 = Δ𝑠 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 Pole pod wykresem prędkości od czasu, nad danym odcinkiem czasu, jest równe drodze, jaką przebyło ciało w tym czasie. Zatem różnica dróg będzie równa polu pomiędzy wykresami (przy uwzględnieniu jednostek): 1 m m 1 m m 𝑑 = Δ𝑠 = ⋅ 15 s ⋅ 10 + 15 s ⋅ 10 + ⋅ (10 + 5 ) ⋅ 15 s 2 s s 2 s s 𝑑 = 337,5 m

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: (dla rozwiązań sposobami 1. lub 2.) 3 pkt – poprawna metoda obliczenia różnicy dróg przebytych przez oba ciała oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką. 2 pkt – poprawne zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz zapisanie prawidłowych wzorów na drogi całkowite przebyte przez oba ciała, tzn.: (1) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnym prostoliniowym oraz (2) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnie opóźnionym z wyeliminowanym przyśpieszeniem (np. bezpośrednie zastosowanie metody pola pod wykresem lub metody prędkości średniej), np. zapisy: 1 𝑑 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 oraz 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑡𝐴1 + (𝑣𝐴 + 𝑣𝐴𝑘 )𝑡𝐴2 2 1 1 oraz 𝑠𝐵 = (𝑣𝐵𝑝 + 𝑣𝐵 )𝑡𝐵1 + 𝑣𝐵 𝑡𝐵2 + 𝑣𝐵 𝑡𝐵3 2 2 LUB – poprawne zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz zapisanie prawidłowych wzorów na drogi całkowite przebyte przez oba ciała, tzn.: (1) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnym prostoliniowym oraz (2) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnie opóźnionym zawierającego przyśpieszenie oraz (3) poprawne obliczenie wartości przyśpieszenia w ruchu jednego z ciał, np. zapisy: 1 2 𝑑 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 oraz 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑡𝐴1 + (𝑣𝐴 𝑡𝐴2 − 𝑎𝐴 𝑡𝐴2 ) 2 |5 − 20 | m m oraz 𝑎𝐴 = 2 =1 2 45 − 30 s s 1 1 oraz 𝑠𝐵 = (𝑣𝐵𝑝 𝑡𝐵1 − 𝑎𝐵1 𝑡2𝐵1 ) + 𝑣𝐵 𝑡𝐵2 + 𝑎𝐵3 𝑡2𝐵3 2 2 LUB – poprawne zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz poprawne obliczenie dróg przebytych w czterech (z pięciu) etapach ruchu ciał A i B. LUB – poprawnie obliczone obie drogi (bez zapisania wzoru na różnicę dróg), wyniki podane z jednostkami. 1 pkt – zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz zapisanie prawidłowego wzoru na drogę całkowitą przebytą przez jedno z ciał, tzn.: (1) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnym prostoliniowym oraz (2) prawidłowe zastosowanie wzoru na drogę w ruchu jednostajnie opóźnionym mogącego zawierać przyśpieszenie lub z wyeliminowanym przyśpieszeniem (np. bezpośrednie zastosowanie metody pola pod wykresem lub metody prędkości średniej), np. zapisy: 1 𝑑 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 oraz 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑡1 + (𝑣𝐴 𝑡2 − 𝑎𝐴 𝑡22 ) (wzór z przyśpieszeniem) 2 LUB 𝑑 = 𝑠𝐴 − 𝑠𝐵 oraz 1 𝑠𝐴 = (20 ⋅ 30 + ⋅ (20 + 5 ) ⋅ 15) m (wzór z wyeliminowanym przyśpieszeniem) 2 LUB – zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz poprawne obliczenie dwóch dróg, jakie przebyły ciała podczas etapów ruchu jednostajnego oraz poprawne obliczenie co najmniej jednego przyśpieszenia (w ruchu przyśpieszonym ciała A albo B) LUB – poprawna metoda obliczania obydwu całych dróg oraz brak wzoru na różnicę dróg 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwagi dodatkowe 1. Akceptowalne są zapisy na symbolach lub z wartościami liczbowymi, równoważne wyszczególnionym w zasadach oceniania. 2. Wzory na drogę całkowitą przebytą przez dane ciało muszą uwzględniać rozróżnienie czasów dla etapu ruchu jednostajnego i etapu ruchu opóźnionego. Zasady oceniania (dla rozwiązań sposobem 3.) 3 pkt – poprawna metoda obliczenia różnicy dróg przebytych przez oba ciała oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką. 2 pkt – zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz zapisanie poprawnego wyrażenia pozwalającego obliczyć pole pomiędzy wykresami prędkości od czasu. 1 pkt – zapisanie odległości pomiędzy ciałami jako różnicy dróg, jakie przebyły oba ciała w czasie 45 s oraz zastosowanie metody polegającej na obliczeniu pola pomiędzy wykresami prędkości od czasu. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Na płaskiej, poziomej powierzchni stołu leży książka, a na książce leży zeszyt. Na diagramie 1. narysowano dwie z trzech sił działających na książkę (w układzie inercjalnym): 𝐹⃗1 – siłę nacisku zeszytu działającą na książkę, 𝐹⃗2 – siłę reakcji stołu działającą na książkę. Długości wektorów na diagramie odpowiadają wartościom tych sił, a długość boku kratki odpowiada umownej jednostce siły. Punkt 𝑃 (na diagramach 1. i 2.) reprezentuje książkę, punkt 𝑄 (na diagramie 3.) reprezentuje zeszyt. Diagram 1. 𝑔⃗ 𝐹⃗2 zeszyt książka 𝑃 stół 𝐹⃗1 Na diagramach 2. i 3. narysuj i oznacz odpowiednio: ⃗𝑭⃗𝟑 – siłę ciężkości działającą na książkę, przyłożoną w punkcie 𝑷; ⃗𝑭⃗𝟒 – siłę reakcji książki działającą na zeszyt, przyłożoną w punkcie 𝑸. Zachowaj odpowiednie kierunki, zwroty oraz długości wektorów, odpowiadające wartościom tych sił. Diagram 2. Diagram 3. zeszyt 𝑄 książka 𝑃 EFAP-R0_100

Pokaż odpowiedź
Rozwiązanie zadania na diagramach 2. i 3. oznaczono kolorem pomarańczowym. Diagram 2. Diagram 3. 𝐹⃗4 zeszyt 𝑄 książka 𝑃 𝐹⃗3

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawne narysowanie siły ciężkości 𝐹⃗3 zaczepionej w punkcie 𝑃 oraz siły 𝐹⃗4 reakcji książki działającej na zeszyt, zaczepionej w punkcie 𝑄 , tzn. uwzględnienie na rysunkach prawidłowych kierunków sił, zwrotów sił oraz wartości sił, wynikających z dodawania wektorów i zasad dynamiki. 1 pkt – poprawne narysowanie siły ciężkości 𝐹⃗3 zaczepionej w punkcie 𝑃, tzn. uwzględnienie na rysunku prawidłowego kierunku siły, zwrotu siły, oraz wartości siły wynikającej z dodawania wektorów i zasad dynamiki LUB – poprawne narysowanie siły 𝐹⃗4 reakcji książki działającej na zeszyt, zaczepionej w punkcie 𝑄, tzn. uwzględnienie na rysunku prawidłowego kierunku siły, zwrotu siły, oraz wartości siły wynikającej z dodawania wektorów i zasad dynamiki. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 32 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Kątomierz zawieszono na szpilce w punkcie 𝐴 na tle kartki w kratkę tak, że nie dotyka on kartki i pozostaje nieruchomy (w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym). Kątomierz jest jednorodny oraz symetryczny względem swojej osi symetrii (zobacz rysunek). Na rysunku wyznacz konstrukcyjnie położenie punktu środka masy kątomierza. Oznacz ten punkt jako 𝑺. Zapisz uzasadnienie kolejnych kroków konstrukcyjnych, odwołując się do własności bryły sztywnej i warunku równowagi bryły sztywnej. Rysunek 𝑔⃗ 𝐴 Uzasadnienie Nr zadania 2. 3. Wypełnia Maks. liczba pkt 2 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Pokaż odpowiedź
Konstrukcję na rysunku oznaczono kolorem pomarańczowym. 𝑔⃗ 𝐴 𝑆

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawna konstrukcja i poprawne uzasadnienie odwołujące się do: (1) własności jednorodnej bryły sztywnej polegającej na tym, że jej środek masy leży na osi symetrii oraz (2) warunku równowagi bryły sztywnej polegającego na tym, że moment siły grawitacji musi być równy zero. 1 pkt – poprawna konstrukcja oraz narysowanie i oznaczenie punktu 𝑆 oraz brak uzasadnienia lub niepełne uzasadnienie. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwagi dodatkowe 1. Przykładowe minimalne, akceptowalne uzasadnienia muszą odwoływać się do faktu, że punkt 𝑆 leży na osi symetrii oraz faktu, że moment siły grawitacji jest równy zero albo równoważnie, że ramię siły grawitacji jest równoległe do siły grawitacji: 𝑆 leży na osi symetrii, a moment siły grawitacji jest równy zero. 𝑆 leży na osi symetrii, a ramię siły grawitacji jest równoległe do niej. 2. Uzasadnienie może pomijać zerowy moment siły reakcji w punkcie zaczepienia 𝐴. 3. Należy uznać jako równoważne do drugiego zdania uzasadnienia (o zerowym momencie siły grawitacji) stwierdzenie: Układ jest w stanie równowagi, gdy jego energia potencjalna osiąga minimum.

Zadanie 4.11 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz jej uzasadnienie 1., 2. albo 3. Od chwili początkowej ruchu aż do osiągnięcia stałej prędkości wartość przyśpieszenia kulki A. się zwiększa, 1. się zwiększa. ponieważ wartość siły oporu B. się zmniejsza, 2. się zmniejsza. działającej na kulkę C. pozostaje stała, 3. pozostaje stała.

Rozważamy ruch kulki szklanej w pewnej cieczy (w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym). W chwili początkowej ruchu kulka jest całkowicie zanurzona tuż pod powierzchnią cieczy, a jej prędkość początkowa jest równa zero. Od momentu jej upuszczenia w cieczy kulka opada ruchem przyśpieszonym, a wartość jej prędkości zbliża się do pewnej prędkości granicznej v𝑚𝑎𝑥 . Podczas opadania kulki działają na nią trzy siły: siła wyporu cieczy 𝐹⃗𝑤 , siła oporu ruchu 𝐹⃗𝑜 oraz siła grawitacji 𝐹⃗𝑔 . Przyjmij model zjawiska, w którym wartość siły oporu działającej na kulkę zależy od wartości v prędkości kulki w cieczy następująco: 𝐹𝑜 = 𝐴𝑅v gdzie 𝐴 jest stałym współczynnikiem liczbowym zależącym od rodzaju cieczy, 𝑅 jest promieniem kulki. Przyjmij także, że od pewnego momentu ruch kulki można uznać za jednostajny prostoliniowy ze stałą prędkością o wartości v𝑚𝑎𝑥 .

Pokaż odpowiedź
1 pkt – poprawna odpowiedź.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – poprawna odpowiedź. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź B1

Zadanie 4.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Wyraź jednostkę współczynnika liczbowego 𝑨, występującego we wzorze na wartość siły oporu, za pomocą jednostek podstawowych układu SI. Zapisz przekształcenia. Wynik podaj w najprostszej postaci. EFAP-R0_100

Rozważamy ruch kulki szklanej w pewnej cieczy (w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym). W chwili początkowej ruchu kulka jest całkowicie zanurzona tuż pod powierzchnią cieczy, a jej prędkość początkowa jest równa zero. Od momentu jej upuszczenia w cieczy kulka opada ruchem przyśpieszonym, a wartość jej prędkości zbliża się do pewnej prędkości granicznej v𝑚𝑎𝑥 . Podczas opadania kulki działają na nią trzy siły: siła wyporu cieczy 𝐹⃗𝑤 , siła oporu ruchu 𝐹⃗𝑜 oraz siła grawitacji 𝐹⃗𝑔 . Przyjmij model zjawiska, w którym wartość siły oporu działającej na kulkę zależy od wartości v prędkości kulki w cieczy następująco: 𝐹𝑜 = 𝐴𝑅v gdzie 𝐴 jest stałym współczynnikiem liczbowym zależącym od rodzaju cieczy, 𝑅 jest promieniem kulki. Przyjmij także, że od pewnego momentu ruch kulki można uznać za jednostajny prostoliniowy ze stałą prędkością o wartości v𝑚𝑎𝑥 .

Pokaż odpowiedź
[𝐹𝑜 ] = [𝐴] ⋅ [𝑅] ⋅ [v] [𝐹𝑜 ] 1N N⋅s [𝐴] = → [𝐴] = m = [𝑅] ⋅ [v] 1m⋅1 s m2 m kg ⋅ 2 ⋅ s kg [𝐴] = s = m2 m⋅s

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawna metoda wyprowadzenia jednostki współczynnika 𝐴 za pomocą jednostek podstawowych układu SI oraz podanie prawidłowego wyniku w najprostszej postaci: kg [𝐴] = m⋅s N⋅s N 1 pkt – zapisanie jednostki współczynnika 𝐴 jako lub równoważnie (np. m ). m2 m⋅ s 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 4.33 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Wyprowadź wzór pozwalający wyznaczyć v𝒎𝒂𝒙 – wartość prędkości, z jaką kulka opada w cieczy ruchem jednostajnym prostoliniowym – w zależności od: promienia kulki 𝑹, gęstości cieczy 𝝆𝒄 , gęstości kulki 𝝆𝒌 , przyśpieszenia ziemskiego 𝒈 oraz stałej 𝑨.

Rozważamy ruch kulki szklanej w pewnej cieczy (w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym). W chwili początkowej ruchu kulka jest całkowicie zanurzona tuż pod powierzchnią cieczy, a jej prędkość początkowa jest równa zero. Od momentu jej upuszczenia w cieczy kulka opada ruchem przyśpieszonym, a wartość jej prędkości zbliża się do pewnej prędkości granicznej v𝑚𝑎𝑥 . Podczas opadania kulki działają na nią trzy siły: siła wyporu cieczy 𝐹⃗𝑤 , siła oporu ruchu 𝐹⃗𝑜 oraz siła grawitacji 𝐹⃗𝑔 . Przyjmij model zjawiska, w którym wartość siły oporu działającej na kulkę zależy od wartości v prędkości kulki w cieczy następująco: 𝐹𝑜 = 𝐴𝑅v gdzie 𝐴 jest stałym współczynnikiem liczbowym zależącym od rodzaju cieczy, 𝑅 jest promieniem kulki. Przyjmij także, że od pewnego momentu ruch kulki można uznać za jednostajny prostoliniowy ze stałą prędkością o wartości v𝑚𝑎𝑥 .

Pokaż odpowiedź
Gdy kulka opada w cieczy ze stała prędkością v𝑚𝑎𝑥 , to działające na nią siły: grawitacji, oporu i wyporu, równoważą się. Siła oporu jest przeciwnie skierowana do prędkości kulki, zatem: 𝐹𝑜 + 𝐹𝑤 = 𝐹𝑔 Zastosujemy wzory na wartości siły oporu, siły wyporu i siły grawitacji. 𝐴𝑅v𝑚𝑎𝑥 + 𝜌𝑐 𝑉𝑘 𝑔 = 𝑚𝑔 Zastosujemy wzór na objętość kuli, związek między masą kulki a jej gęstością i objętością, a następnie wykonamy odpowiednie przekształcenia. 4 4 4 𝐴𝑅v𝑚𝑎𝑥 + 𝜌𝑐 𝜋𝑅3 𝑔 = 𝜌𝑘 𝜋𝑅3 𝑔 → 𝐴𝑅v𝑚𝑎𝑥 = 𝜋𝑅3 𝑔(𝜌𝑘 − 𝜌𝑐 ) 3 3 3 4𝜋 2 v𝑚𝑎𝑥 = 𝑅 𝑔(𝜌𝑘 − 𝜌𝑐 ) 3𝐴

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 3 pkt – poprawna metoda wyprowadzenia wzoru na prędkość opadania oraz podanie prawidłowej postaci wzoru. 2 pkt – poprawne zapisanie warunku równowagi sił: grawitacji, oporu i wyporu, z uwzględnieniem prawidłowych zwrotów tych sił, oraz zastosowanie wzorów na wartości siły wyporu i siły grawitacji oraz zastosowanie związku między masą kulki a jej objętością i gęstością. 1 pkt – poprawne zapisanie równania I zasady dynamiki, tzn. zapisanie warunku równowagi sił: grawitacji, oporu i wyporu, z uwzględnieniem prawidłowych zwrotów tych sił, np. zapis: 𝐹𝑜 + 𝐹𝑤 = 𝐹𝑔 . 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 4.42 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Rysunek Szklana kulka po opadnięciu w cieczy pozostaje nieruchoma na poziomym dnie naczynia (zobacz rysunek obok). Na rysunku oznaczono środek kulki 𝑆 oraz trzy małe fragmenty jej powierzchni: 𝐴, 𝐵, 𝐶 , o tych samych polach. Na rysunku obok narysuj wektory sił parcia cieczy na fragmenty powierzchni 𝑨, 𝑩, 𝑪. Oznacz te siły jako 𝐵 – odpowiednio – ⃗𝑭⃗𝑨 , ⃗𝑭⃗𝑩 , ⃗𝑭⃗𝑪 . Zachowaj relacje (większy, równy, mniejszy) między wartościami sił i zapisz te relacje – wstaw w każde wykropkowane miejsce odpowiedni znak wybrany spośród: >, =, <. 𝐴 𝐹𝐴 𝐹𝐵 𝑆 𝐹𝐴 𝐹𝐶 𝐹𝐵 𝐹𝐶 𝐶 Nr zadania 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 3 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Rozważamy ruch kulki szklanej w pewnej cieczy (w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym). W chwili początkowej ruchu kulka jest całkowicie zanurzona tuż pod powierzchnią cieczy, a jej prędkość początkowa jest równa zero. Od momentu jej upuszczenia w cieczy kulka opada ruchem przyśpieszonym, a wartość jej prędkości zbliża się do pewnej prędkości granicznej v𝑚𝑎𝑥 . Podczas opadania kulki działają na nią trzy siły: siła wyporu cieczy 𝐹⃗𝑤 , siła oporu ruchu 𝐹⃗𝑜 oraz siła grawitacji 𝐹⃗𝑔 . Przyjmij model zjawiska, w którym wartość siły oporu działającej na kulkę zależy od wartości v prędkości kulki w cieczy następująco: 𝐹𝑜 = 𝐴𝑅v gdzie 𝐴 jest stałym współczynnikiem liczbowym zależącym od rodzaju cieczy, 𝑅 jest promieniem kulki. Przyjmij także, że od pewnego momentu ruch kulki można uznać za jednostajny prostoliniowy ze stałą prędkością o wartości v𝑚𝑎𝑥 .

Pokaż odpowiedź
𝐹𝐴 > 𝐹𝐵 Rysunek < 𝐹𝐴 𝐹𝐶 < 𝐹𝐵 𝐹𝐶 𝐵 𝐹⃗𝐵 𝐹⃗𝐴 𝐴 𝑆 𝐹⃗𝐶 𝐶

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawne narysowanie wektorów trzech sił oraz poprawne zapisanie relacji pomiędzy wartościami wszystkich sił. 1 pkt – poprawne narysowanie dwóch sił (co do kierunków, zwrotów i relacji) oraz poprawne zapisanie relacji pomiędzy wartościami tych dwóch sił LUB – narysowanie wektorów trzech sił skierowanych do punktu 𝑆. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwaga dodatkowa Zdający otrzymuje 0 pkt, gdy narysuje siły o błędnych kierunkach i zwrotach.

Zadanie 5.11 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe. Ciężarek wykonujący drgania pionowe znajdował się w najniższym 1. P F położeniu m.in. w chwili 𝑡 = 3 s. Wartość prędkości ciężarka podczas ruchu drgającego była największa 2. P F m.in. w chwili 𝑡 = 2 s. EFAP-R0_100

Ciężarek o masie 𝑚 = 0,15 kg zawieszony na sprężynie wykonuje drgania w kierunku pionowym w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym. Na poniższym rysunku 𝐹𝑠 przedstawiono wykres zależności stosunku od czasu, gdzie: 𝐹𝑔 𝐹𝑠 oznacza wartość siły, z jaką sprężyna działa na ciężarek, 𝐹𝑔 oznacza wartość siły grawitacji działającej na ciężarek. Rysunek Fs /Fg 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 1 2 3 4 5 6 t, s Przyjmij model zjawiska, w którym: • zakładamy, że sprężyna jest idealnie sprężysta • pomijamy opory ruchu • pomijamy masę sprężyny • przyśpieszenie ziemskie wynosi 𝑔 = 9,8 m/s 2 .

Pokaż odpowiedź
1 pkt – poprawna odpowiedź.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – poprawna odpowiedź. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź 1. P 2. P

Zadanie 5.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz współczynnik 𝒌 sprężystości sprężyny, na której zawieszono ciężarek.

Ciężarek o masie 𝑚 = 0,15 kg zawieszony na sprężynie wykonuje drgania w kierunku pionowym w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym. Na poniższym rysunku 𝐹𝑠 przedstawiono wykres zależności stosunku od czasu, gdzie: 𝐹𝑔 𝐹𝑠 oznacza wartość siły, z jaką sprężyna działa na ciężarek, 𝐹𝑔 oznacza wartość siły grawitacji działającej na ciężarek. Rysunek Fs /Fg 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 1 2 3 4 5 6 t, s Przyjmij model zjawiska, w którym: • zakładamy, że sprężyna jest idealnie sprężysta • pomijamy opory ruchu • pomijamy masę sprężyny • przyśpieszenie ziemskie wynosi 𝑔 = 9,8 m/s 2 .

Pokaż odpowiedź
Wykorzystamy związek między okresem 𝑇 drgań ciężarka zawieszonego na sprężynie a masą 𝑚 ciężarka oraz współczynnikiem 𝑘 sprężystości sprężyny: 2𝜋 2 𝑘 2𝜋 2 ( ) = → 𝑘=( ) 𝑚 𝑇 𝑚 𝑇 Okres drgań ciężarka jest taki sam jak okres zmian siły sprężystości. Okres ten odczytamy z wykresu: 𝑇 = 0,8 s Obliczymy współczynnik sprężystości sprężyny: 6,28 2 kg 𝑘≈( ) ⋅ 0,15 kg → 𝑘 ≈ 9,24 0,8 s s2

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawna metoda obliczenia współczynnika sprężystości sprężyny oraz podanie kg N prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką: 𝑘 ≈ 9,24 lub 𝑘 ≈ 9,24 . s2 m 1 pkt – zapisanie związku między okresem 𝑇 drgań ciężarka zawieszonego na sprężynie a masą 𝑚 ciężarka i współczynnikiem 𝑘 sprężystości sprężyny oraz podanie wartości liczbowej okresu, określonej na podstawie wykresu. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 5.34 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz amplitudę wychylenia ciężarka z położenia równowagi sił podczas ruchu drgającego. Wynik liczbowy podaj zaokrąglony do dwóch cyfr znaczących. Nr zadania 5.1. 5.2. 5.3. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 4 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Ciężarek o masie 𝑚 = 0,15 kg zawieszony na sprężynie wykonuje drgania w kierunku pionowym w układzie inercjalnym, w ziemskim polu grawitacyjnym. Na poniższym rysunku 𝐹𝑠 przedstawiono wykres zależności stosunku od czasu, gdzie: 𝐹𝑔 𝐹𝑠 oznacza wartość siły, z jaką sprężyna działa na ciężarek, 𝐹𝑔 oznacza wartość siły grawitacji działającej na ciężarek. Rysunek Fs /Fg 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 1 2 3 4 5 6 t, s Przyjmij model zjawiska, w którym: • zakładamy, że sprężyna jest idealnie sprężysta • pomijamy opory ruchu • pomijamy masę sprężyny • przyśpieszenie ziemskie wynosi 𝑔 = 9,8 m/s 2 .

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. W celu obliczenia amplitudy 𝐴 drgań ciężarka skorzystamy ze związku między przyśpieszeniem maksymalnym 𝑎𝑚𝑎𝑥 a amplitudą 𝐴 wychylenia w ruchu drgającym: 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝜔2 𝑎𝑚𝑎𝑥 𝑇 2 𝐴= = ( ) 𝑎𝑚𝑎𝑥 gdzie 𝑇 = 0,8 s 𝜔2 2𝜋 Przyśpieszenie maksymalne jest osiągane podczas ruchu drgającego w skrajnych położeniach, gdy wartość siły wypadkowej jest maksymalna: 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 W skrajnych położeniach siła sprężystości przyjmuje największą lub najmniejszą wartość. Zapiszemy drugą zasadę dynamiki dla przypadku, gdy siła sprężystości ma największą wartość. Uwzględnimy fakt, że siła sprężystości ma zwrot przeciwny do siły grawitacji: 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 − 𝐹𝑔 Z wykresu odczytujemy, że: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝐹𝑔 czyli 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝐹𝑔 − 𝐹𝑔 = 0,2𝐹𝑔 Na podstawie powyższych związków wyznaczymy 𝑎𝑚𝑎𝑥 : 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑚𝑔 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑔 Powyższy związek podstawimy do wzoru na amplitudę, podstawimy dane liczbowe i wykonamy obliczenia: 𝑇 2 𝐴=( ) ⋅ 0,2𝑔 2𝜋 0,8 s 2 m 𝐴≈( ) ⋅ 0,2 ⋅ 9,8 2 → 𝐴 ≈ 0,032 m → 𝐴 ≈ 3,2 cm 6,28 s Sposób 2. (z wykorzystaniem obliczonego 𝑘 ) W skrajnych położeniach siła sprężystości przyjmuje największą lub najmniejszą wartość. Określimy siłę wypadkową w przypadku, gdy siła sprężystości ma największą wartość. Uwzględnimy fakt, że siła sprężystości ma zwrot przeciwny do siły grawitacji: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 − 𝐹𝑔 Z wykresu odczytujemy, że: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝐹𝑔 czyli 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝐹𝑔 − 𝐹𝑔 = 0,2𝐹𝑔 Z drugiej strony, siła wypadkowa ma charakter siły harmonicznej (dla drgań wokół położenia równowagi), a zatem: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝐴 gdzie 𝐴 jest amplitudą drgań. Z powyższych wynika, że: N 0,2𝑚𝑔 (0,2 ⋅ 0,15 kg ⋅ 9,8 kg) 𝑘𝐴 = 0,2𝐹𝑔 → 𝐴= ≈ ≈ 0,032 = 3,2 cm 𝑘 N 9,24 m Sposób 3. (z wykorzystaniem obliczonego 𝑘 ) Oznaczymy jako 𝑥0 wydłużenie sprężyny od długości swobodnej do położenia równowagi (siły sprężystości i siły grawitacji). Wtedy: 1) 𝑘𝑥0 = 𝑚𝑔 Wykorzystamy iloraz maksymalnej siły sprężystości i siły grawitacji. Wykorzystamy fakt, że maksymalne wydłużenie sprężyny wynosi 𝑥 = 𝑥0 + 𝐴: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 𝑘(𝑥0 + 𝐴) 𝑘𝑥0 + 𝑘𝐴 2) = 1,2 → 3) = 1,2 → 4) = 1,2 𝐹𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 Do wzoru 4) podstawimy 1): 𝑚𝑔 + 𝑘𝐴 𝑘𝐴 𝑘𝐴 5) = 1,2 → 6) 1 + = 1,2 → 7) = 0,2 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 Ze wzoru 7) wyznaczymy 𝐴: N 0,2𝑚𝑔 (0,2 ⋅ 0,15 kg ⋅ 9,8 kg) 𝐴= ≈ ≈ 0,032 = 3,2 cm 𝑘 N 9,24 m

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: (dla rozwiązań sposobem 1.) 4 pkt – poprawna metoda obliczenia amplitudy wychylenia ciężarka w ruchu drgającym oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką, zaokrąglonego do dwóch cyfr znaczących. 3 pkt – poprawna metoda wyznaczenia przyśpieszenia maksymalnego (tzn. zastosowanie drugiej zasady dynamiki z poprawnie wyznaczoną siłą wypadkową) i zapisanie tego przyśpieszenia w postaci: 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑔 oraz zapisanie poprawnego związku między przyśpieszeniem maksymalnym a amplitudą wychylenia w ruchu drgającym oraz podanie wartości liczbowej okresu, określonej na podstawie wykresu, np. zapisy: 2𝜋 2 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑔 oraz 𝑎𝑚𝑎𝑥 = ( ) 𝐴 oraz 𝑇 = 0,8 𝑠 𝑇 2 pkt – poprawna metoda wyznaczenia przyśpieszenia maksymalnego (tzn. zastosowanie drugiej zasady dynamiki z poprawnie wyznaczoną siłą wypadkową, np. zapis 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 ) i zapisanie tego przyśpieszenia w postaci: 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑔 LUB – zapisanie drugiej zasady dynamiki z poprawnym uwzględnieniem siły sprężystości i siły grawitacji oraz zapisanie poprawnego związku między przyśpieszeniem maksymalnym 𝑎𝑚𝑎𝑥 a amplitudą 𝐴 wychylenia w ruchu drgającym, np. zapisy 2𝜋 2 ( 𝑚𝑎 = 𝐹𝑠 − 𝐹𝑔 albo 𝑚𝑎 = 𝐹𝑔 − 𝐹𝑠 ) oraz 𝑎𝑚𝑎𝑥 = ( ) 𝐴 𝑇 1 pkt – wyznaczenie i zapisanie maksymalnej siły wypadkowej działającej na ciężarek w postaci: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑚𝑔 (akceptowalny zapis to: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 ) LUB – zapisanie drugiej zasady dynamiki (z poprawnym uwzględnieniem siły sprężystości i siły grawitacji) w postaci: 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 − 𝐹𝑔 albo 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑔 − 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 (akceptowalne zapisy to: 𝑚𝑎 = 𝐹𝑠 − 𝐹𝑔 albo 𝑚𝑎 = 𝐹𝑔 − 𝐹𝑠 ) LUB – zapisanie poprawnego związku między przyśpieszeniem maksymalnym 𝑎𝑚𝑎𝑥 a amplitudą 𝐴 wychylenia w ruchu drgającym oraz podanie wartości liczbowej okresu, określonej na podstawie wykresu, np. zapisy 2𝜋 2 𝑎𝑚𝑎𝑥 = ( ) 𝐴 oraz 𝑇 = 0,8 𝑠 𝑇 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Zasady oceniania (dla rozwiązań sposobami 2. lub 3.) 4 pkt – poprawna metoda obliczenia amplitudy wychylenia ciężarka w ruchu drgającym oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką, zaokrąglonego do dwóch cyfr znaczących. 3 pkt – poprawne wyprowadzenie i zapisanie równania 𝑘𝐴 = 0,2𝑚𝑔 oraz wykorzystanie do obliczeń wartości wcześniej obliczonego 𝑘 N 0,2𝑚𝑔 (𝑘𝐴 = 0,2𝑚𝑔 oraz 𝑘 ≈ 9,2 ) albo (𝐴 = ≈ [wynik dla błędnego 𝑘]) m 𝑘 LUB – poprawne wyprowadzenie i zapisanie równania 𝑘𝐴 + 𝑚𝑔 = 1,2𝑚𝑔 (lub równoważnego) oraz wykorzystanie do obliczeń wartości wcześniej obliczonego 𝑘 𝑘𝐴 + 𝑚𝑔 N ( = 1,2 oraz 𝑘 ≈ 9,2 ) albo 𝑚𝑔 m 0,2𝑚𝑔 (𝐴 = ≈ [wynik dla błędnego 𝑘]) 𝑘 LUB – zapisanie wzorów na maksymalne i minimalne wydłużenie sprężyny od długości swobodnej oraz zapisanie związku między tymi wydłużeniami a amplitudą oraz związków między ekstremalnymi wartościami siły sprężystości a siłą grawitacji: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝑥𝑚𝑎𝑥 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 𝑘𝑥𝑚𝑖𝑛 oraz 𝑥𝑚𝑎𝑥 − 𝑥𝑚𝑖𝑛 = 2𝐴 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝑚𝑔 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 0,8𝑚𝑔 2 pkt – wyznaczenie i zapisanie maksymalnej siły wypadkowej działającej na ciężarek w postaci 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 oraz zapisanie siły wypadkowej za pomocą wzoru na siłę harmoniczną (z użyciem amplitudy drgań) 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 oraz 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝐴 LUB – poprawne zapisanie wzoru na maksymalną siłę sprężystości oraz wykorzystanie ilorazu maksymalnej siły sprężystości i siły grawitacji oraz warunku równowagi siły grawitacji i siły sprężystości w położeniu równowagi: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘(𝐴 + 𝑥0 ) oraz = 1,2 oraz 𝑚𝑔 = 𝑘𝑥0 𝐹𝑔 LUB – zapisanie wzorów na maksymalne i minimalne wydłużenie sprężyny od długości swobodnej oraz zapisanie związku między tymi wydłużeniami a amplitudą (albo związków między ekstremalnymi wartościami siły sprężystości a siłą grawitacji): (𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝑥𝑚𝑎𝑥 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 𝑘𝑥𝑚𝑖𝑛 ) oraz ( 𝑥𝑚𝑎𝑥 − 𝑥𝑚𝑖𝑛 = 2𝐴 albo (𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 1,2𝑚𝑔 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 0,8𝑚𝑔)) 1 pkt – wyznaczenie i zapisanie maksymalnej siły wypadkowej działającej na ciężarek w postaci: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝑚𝑔 (akceptowalny zapis to: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 0,2𝐹𝑔 ) LUB – zapisanie, że maksymalna siła wypadkowa ma charakter siły harmonicznej oraz określenie maksymalnej siły wypadkowej jako różnicy maksymalnej siły sprężystości i siły grawitacji: 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝐴 oraz 𝐹𝑤 𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 − 𝐹𝑔 LUB – poprawne zapisanie wzoru na maksymalną siłę sprężystości oraz wykorzystanie ilorazu maksymalnej siły sprężystości i siły grawitacji: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘(𝐴 + 𝑥0 ) oraz = 1,2 𝐹𝑔 LUB – zapisanie wzorów na maksymalne i minimalne wydłużenie sprężyny od długości swobodnej: 𝐹𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝑥𝑚𝑎𝑥 oraz 𝐹𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 𝑘𝑥𝑚𝑖𝑛 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 6.11 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Dokończ zdanie. Wpisz właściwą liczbę w wykropkowanym miejscu. 𝑊1 Iloraz , czyli stosunek pracy wykonanej przez siłę parcia gazu w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 𝑊2 do pracy wykonanej przez siłę parcia gazu w przemianach 𝑋 → 𝑊 → 𝑍, jest równy .

W doświadczeniu 1. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izochorycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑌, a następnie – przemianie izobarycznej ze stanu 𝑌 do stanu 𝑍 . W doświadczeniu 2. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izobarycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑊 , a następnie – przemianie izochorycznej ze stanu 𝑊 do stanu 𝑍 . W obu doświadczeniach użyto tego samego gazu doskonałego o takiej samej masie. Na rysunkach 1. i 2. przedstawiono wykresy zależności ciśnienia 𝑝 gazu od objętości 𝑉 gazu w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 oraz w przemianach 𝑋 → 𝑊 → 𝑍. Osie na obu wykresach są wyskalowane tak samo. Rysunek 1. (doświadczenie 1.) Rysunek 2. (doświadczenie 2.) 𝑝 𝑝 3𝑝1 𝑌 𝑍 3𝑝1 𝑍 2𝑝1 2𝑝1 𝑋 𝑋 𝑊 𝑝1 𝑝1 0 0 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉

Pokaż odpowiedź
1 pkt – wpisanie prawidłowej wartości ilorazu prac siły parcia.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – wpisanie prawidłowej wartości ilorazu prac siły parcia. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź 𝑊1 Iloraz – pracy wykonanej przez siłę parcia gazu w ciągu przemian 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 i pracy 𝑊2 3 wykonanej przez siłę parcia gazu w ciągu przemian 𝑋 → 𝑊 → 𝑍 – jest równy . 2

Zadanie 6.21 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Zmianę (przyrost) energii wewnętrznej gazu od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 w doświadczeniu 1. oznaczymy jako Δ𝑈1 , a w doświadczeniu 2. – jako Δ𝑈2 . Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz jej uzasadnienie 1., 2. albo 3. Zmiany energii wewnętrznej gazu w opisanych doświadczeniach spełniają relację A. Δ𝑈1 > Δ𝑈2, 1. taki sam w obu doświadczeniach. ponieważ przyrost B. Δ𝑈1 < Δ𝑈2, temperatury gazu od 2. większy w doświadczeniu 1. stanu 𝑋 do stanu 𝑍 jest C. Δ𝑈1 = Δ𝑈2, 3. większy w doświadczeniu 2. EFAP-R0_100

W doświadczeniu 1. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izochorycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑌, a następnie – przemianie izobarycznej ze stanu 𝑌 do stanu 𝑍 . W doświadczeniu 2. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izobarycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑊 , a następnie – przemianie izochorycznej ze stanu 𝑊 do stanu 𝑍 . W obu doświadczeniach użyto tego samego gazu doskonałego o takiej samej masie. Na rysunkach 1. i 2. przedstawiono wykresy zależności ciśnienia 𝑝 gazu od objętości 𝑉 gazu w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 oraz w przemianach 𝑋 → 𝑊 → 𝑍. Osie na obu wykresach są wyskalowane tak samo. Rysunek 1. (doświadczenie 1.) Rysunek 2. (doświadczenie 2.) 𝑝 𝑝 3𝑝1 𝑌 𝑍 3𝑝1 𝑍 2𝑝1 2𝑝1 𝑋 𝑋 𝑊 𝑝1 𝑝1 0 0 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉

Pokaż odpowiedź
1 pkt – poprawna odpowiedź.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – poprawna odpowiedź. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź C1

Zadanie 6.33 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Ciepło molowe gazu (przy stałej objętości) użytego w obu doświadczeniach oznaczymy jako 𝐶𝑉 . Wyprowadź wzór pozwalający wyznaczyć ciepło pobrane łącznie w przemianach 𝑿 → 𝒀 → 𝒁 (w doświadczeniu 1.) tylko za pomocą wielkości: 𝒑𝟏 , 𝑽𝟏 , ciepła molowego 𝑪𝑽 oraz stałej gazowej 𝑹. Nr zadania 6.1. 6.2. 6.3. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 3 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

W doświadczeniu 1. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izochorycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑌, a następnie – przemianie izobarycznej ze stanu 𝑌 do stanu 𝑍 . W doświadczeniu 2. ustaloną masę gazu doskonałego poddano najpierw przemianie izobarycznej ze stanu 𝑋 do stanu 𝑊 , a następnie – przemianie izochorycznej ze stanu 𝑊 do stanu 𝑍 . W obu doświadczeniach użyto tego samego gazu doskonałego o takiej samej masie. Na rysunkach 1. i 2. przedstawiono wykresy zależności ciśnienia 𝑝 gazu od objętości 𝑉 gazu w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 oraz w przemianach 𝑋 → 𝑊 → 𝑍. Osie na obu wykresach są wyskalowane tak samo. Rysunek 1. (doświadczenie 1.) Rysunek 2. (doświadczenie 2.) 𝑝 𝑝 3𝑝1 𝑌 𝑍 3𝑝1 𝑍 2𝑝1 2𝑝1 𝑋 𝑋 𝑊 𝑝1 𝑝1 0 0 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉 0 𝑉1 2𝑉1 3𝑉1 𝑉

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. (wykorzystanie wzorów na ciepło w przemianach izochorycznej i izobarycznej) Ciepło pobrane w ciągu przemian jest równe sumie ciepeł w przemianie izochorycznej 𝑋 → 𝑌 oraz w przemianie izobarycznej 𝑌 → 𝑍: |𝑄𝑋𝑌𝑍 | = |𝑄𝑋𝑌 | + |𝑄𝑌𝑍 | Do wyznaczenia ciepeł w obu przemianach wykorzystamy wzory wiążące ciepła z przyrostami temperatur: |𝑄𝑋𝑌𝑍 |= 𝑛𝐶𝑉 |Δ𝑇𝑋𝑌 |+𝑛𝐶𝑝 |Δ𝑇𝑌𝑍 | gdzie 𝐶𝑝 = 𝐶𝑉 + 𝑅 Wyznaczymy przyrosty temperatur. Z równania stanu wyprowadzimy związki pomiędzy parametrami stanu na początku i końcu przemiany izochorycznej 𝑋 → 𝑌 oraz na początku i końcu przemiany izobarycznej 𝑌 → 𝑍 : 𝑋→𝑌, 𝑉=𝑉1 𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅𝑇 = 𝑝𝑉 → 𝑛𝑅(𝑇𝑌 − 𝑇𝑋 ) = (3𝑝1 − 2𝑝1 )𝑉1 → 𝑛|Δ𝑇𝑋𝑌 | = 𝑅 𝑌→𝑍, 𝑝=3𝑝1 6𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅𝑇 = 𝑝𝑉 → 𝑛𝑅(𝑇𝑍 − 𝑇𝑌 ) = 3𝑝1 (3𝑉1 − 𝑉1 ) → 𝑛|Δ𝑇𝑌𝑍 | = 𝑅 Otrzymane wyrażenia na przyrosty temperatur podstawimy do wzoru na ciepło, następnie wykonamy przekształcenia algebraiczne: 𝑝1 𝑉1 6𝑝1 𝑉1 |𝑄𝑋𝑌𝑍 | = 𝐶𝑉 + 𝐶𝑝 𝑅 𝑅 𝑝1 𝑉1 6𝑝1 𝑉1 𝐶𝑉 7𝐶𝑉 |𝑄𝑋𝑌𝑍 | = 𝐶𝑉 + (𝐶𝑉 + 𝑅) = 7⋅ ⋅ 𝑝1 𝑉1 + 6𝑝1 𝑉1 = 𝑝1 𝑉1 ( + 6) 𝑅 𝑅 𝑅 𝑅 Sposób 2. (wykorzystanie I zasady termodynamiki dla ciągu przemian 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 ) Zapiszemy I zasadę termodynamiki dla ciągu przemian 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 . Zastosujemy konwencję, w której energia tracona przez gaz (w formie ciepła lub pracy) ma znak ujemny. W przemianie tej gaz pobiera ciepło (zyskując część energii) i wykonuje pracę (tracąc część energii), zatem: Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 = |𝑄𝑋𝑌𝑍 | − |𝑊𝑋𝑌𝑍 | Do wyznaczenia zmiany energii wewnętrznej między stanem 𝑋 i 𝑍 wykorzystamy wzory wiążące energię wewnętrzną z temperaturą: Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 = 𝑈𝑍 − 𝑈𝑋 = 𝑛𝐶𝑉 𝑇𝑍 − 𝑛𝐶𝑉 𝑇𝑋 = 𝑛𝐶𝑉 (𝑇𝑍 − 𝑇𝑋 ) Do wyznaczenia temperatur w funkcji ciśnienia i objętości wykorzystamy równanie stanu gazu: 2𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅𝑇𝑋 = 𝑃𝑋 𝑉𝑋 → 𝑇𝑋 = 𝑛𝑅 3𝑝1 ⋅ 3𝑉1 9𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅𝑇𝑍 = 𝑃𝑍 𝑉𝑍 → 𝑇𝑍 = = 𝑛𝑅 𝑛𝑅 Praca w przemianie od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 jest wykonywana tylko w przemianie izobarycznej, zatem: |𝑊𝑋𝑌𝑍 | = 𝑝𝑌𝑍 (𝑉𝑍 − 𝑉𝑌 ) = 3𝑝1 (3𝑉1 − 𝑉1 ) = 6𝑝1 𝑉1 Otrzymane powyżej wzory na: 𝑊𝑋𝑌𝑋 , 𝑇𝑋 , 𝑇𝑍 , Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 podstawimy do równania I zasady termodynamiki: 9𝑝1 𝑉1 2𝑝1 𝑉1 𝑛𝐶𝑉 ( − ) = |𝑄𝑋𝑌𝑍 | − 6𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅 𝑛𝑅 Po przekształceniach otrzymamy wzór na ciepło pobrane w przemian 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 : 9𝑝1 𝑉1 2𝑝1 𝑉1 7𝐶𝑉 |𝑄𝑋𝑌𝑍 | = 𝑛𝐶𝑉 ( − ) + 6𝑝1 𝑉1 = 𝑝 𝑉 + 6𝑝1 𝑉1 𝑛𝑅 𝑛𝑅 𝑅 1 1

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: (dla rozwiązań sposobem 1.) 3 pkt – poprawna metoda wyprowadzenia wzoru na ciepło pobrane w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 oraz podanie prawidłowej postaci wzoru, wyrażonego tylko za pomocą wielkości: 𝑝1 , 𝑉1 , 𝐶𝑉 , 𝑅 . 2 pkt – spełnienie warunków opisanych w kryterium za 1 pkt oraz skorzystanie z równania stanu gazu dla przemiany izochorycznej 𝑋 → 𝑌 i dla przemian izobarycznej 𝑌 → 𝑍 oraz poprawne wyznaczenie przyrostów temperatur w jednej z przemian, np. zapisy (lub zapisy równoważne, ponad zapisy za 1 pkt): 𝑛𝑅(𝑇𝑌 − 𝑇𝑋 ) = (3𝑝1 − 2𝑝1 )𝑉1 lub 𝑛𝑅(𝑇𝑍 − 𝑇𝑌 ) = 3𝑝1 (3𝑉1 − 𝑉1 ) 1 pkt – zapisanie ciepła pobranego w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 jako sumy ciepeł pobranych w przemianie izochorycznej 𝑋 → 𝑌 i w przemianie izobarycznej 𝑌 → 𝑍 oraz zapisanie wyrażeń określających związek ciepeł pobranych w obu tych przemianach z przyrostami temperatur w tych przemianach, np. zapis (lub zapisy równoważne): |𝑄𝑋𝑌𝑍 |= 𝑛𝐶𝑉 |Δ𝑇𝑋𝑌 |+𝑛𝐶𝑝 |Δ𝑇𝑌𝑍 | LUB – zapisanie ciepła pobranego w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 jako sumy ciepeł pobranych w przemianie izochorycznej 𝑋 → 𝑌 i w przemianie izobarycznej 𝑌 → 𝑍 oraz poprawne wyznaczenie przyrostów temperatur w jednej z przemian, np. zapisy (lub zapisy równoważne): 𝑄𝑋𝑌𝑍 = 𝑄𝑋𝑌 + 𝑄𝑌𝑍 oraz (𝑛𝑅(𝑇𝑌 − 𝑇𝑋 ) = (3𝑝1 − 2𝑝1 )𝑉1 lub 𝑛𝑅(𝑇𝑍 − 𝑇𝑌 ) = 3𝑝1 (3𝑉1 − 𝑉1 )) 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Zasady oceniania (dla rozwiązań sposobem 2.) 3 pkt – poprawna metoda wyprowadzenia wzoru na ciepło pobrane w przemianach 𝑋 → 𝑌 → 𝑍 oraz podanie prawidłowej postaci wzoru, wyrażonego tylko za pomocą wielkości: 𝑝1 , 𝑉1 , 𝐶𝑉 , 𝑅 . 2 pkt – spełnienie warunków opisanych w obu kryteriach za 1 pkt (łącznie, tzn. wykorzystanie I zasady termodynamiki oraz wzoru z temperaturami na przyrost energii wewnętrznej oraz zapisanie wyrażenia na pracę) oraz wyznaczenie z równania stanu gazu temperatury gazu w stanie 𝑋 i temperatury gazu w stanie 𝑍 , np. zapisy (lub zapisy równoważne): 2𝑝1 𝑉1 9𝑝1 𝑉1 𝑇𝑋 = oraz 𝑇𝑍 = oraz spełnione oba kryteria za 1 pkt 𝑛𝑅 𝑛𝑅 1 pkt – poprawne zapisanie I zasady termodynamiki dla przemiany od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 oraz zapisanie wyrażenia określającego związek między przyrostem energii wewnętrznej od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 a przyrostem temperatury od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 , np. zapis (lub zapisy równoważne): Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 = |𝑄𝑋𝑌𝑍 | − |𝑊𝑋𝑌𝑍 | oraz Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 = 𝑛𝐶𝑉 (𝑇𝑍 − 𝑇𝑋 ) LUB – poprawne zapisanie I zasady termodynamiki dla przemiany od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 oraz zapisanie wzoru pozwalającego wyznaczyć pracę siły parcia od stanu 𝑋 do stanu 𝑍 za pomocą 𝑝1 i 𝑉1 , np. zapis (lub zapisy równoważne): Δ𝑈𝑋𝑌𝑍 = |𝑄𝑋𝑌𝑍 | − |𝑊𝑋𝑌𝑍 | oraz |𝑊𝑋𝑌𝑍 | = 6𝑝1 𝑉1 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 7.12 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz 𝑻𝑩 – okres obiegu sondy B dookoła Słońca. EFAP-R0_100

Podczas misji badawczej o nazwie STEREO dwie sondy: A i B poruszają się po orbitach dookoła Słońca jedynie pod wpływem jego grawitacji. Przyjmij, że sonda A porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐴 = 0,962 au (jednostki astronomicznej), a sonda B porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐵 = 1,043 au. Okres obiegu sondy A dookoła Słońca wynosi 𝑇𝐴 = 344 dób ziemskich. Obie sondy oraz Ziemia obiegają Słońce w tę samą stronę, a ich orbity leżą w jednej płaszczyźnie. W pewnej chwili 𝑡0 sondy A i B, Ziemia (Z) oraz Słońce (S) ułożyły się wzdłuż jednej prostej (zobacz rysunek 1.). Rysunek 1. BZA S

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. Obie sondy obiegają Słońce – wspólne centrum grawitacyjne. Zatem okres obiegu sondy B dookoła Słońca obliczymy z III prawa Keplera: 𝑇𝐴2 𝑇𝐵2 𝑟𝐵 3 1,043 au 3 = √ → 𝑇𝐵 = ( ) ⋅ 𝑇𝐴 → √ 𝑇𝐵 = ( ) ⋅ 344 dób ≈ 388 dób 𝑟𝐴3 𝑟𝐵3 𝑟𝐴 0,962 au Sposób 2. Sonda B oraz Ziemia obiegają Słońce – wspólne centrum grawitacyjne. Zatem okres obiegu sondy B dookoła Słońca obliczymy z III prawa Keplera: 𝑇𝑍2 𝑇𝐵2 𝑟𝐵 3 = → 𝑇𝐵 = √( ) ⋅ 𝑇𝑍 → 𝑟𝑍3 𝑟𝐵3 𝑟𝑍 1,043 au 3 √ 𝑇𝐵 = ( ) ⋅ 1 rok ziemski ≈ 1,065 roku ziemskiego ≈ 389 dób 1 au

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawna metoda obliczenia okresu obiegu dookoła Słońca sondy B oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką: 𝑇𝐵 ≈ (388 ± 1) dób ziemskich ≈ (1,06 ± 0,01) lat ziemskich ≈ 33 500 000 s 1 pkt – zapisanie równania III prawa Keplera (dla sond A i B lub dla sondy B i Ziemi) z poprawnie podstawionymi danymi liczbowymi, np. zapisy (lub zapisy równoważne): (344 doby)2 𝑇𝐵2 (1 rok ziemski)2 𝑇𝐵2 = albo = (0,962 au)3 (1,043 au)3 (1 au)3 (1,043 au)3 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 7.23 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz miarę kąta 𝜶 między promieniami wodzącymi sondy A oraz Ziemi po roku ziemskim od chwili 𝒕𝟎 (zobacz rysunek 2.). Rysunek 2. A 𝛼 Z S B

Podczas misji badawczej o nazwie STEREO dwie sondy: A i B poruszają się po orbitach dookoła Słońca jedynie pod wpływem jego grawitacji. Przyjmij, że sonda A porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐴 = 0,962 au (jednostki astronomicznej), a sonda B porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐵 = 1,043 au. Okres obiegu sondy A dookoła Słońca wynosi 𝑇𝐴 = 344 dób ziemskich. Obie sondy oraz Ziemia obiegają Słońce w tę samą stronę, a ich orbity leżą w jednej płaszczyźnie. W pewnej chwili 𝑡0 sondy A i B, Ziemia (Z) oraz Słońce (S) ułożyły się wzdłuż jednej prostej (zobacz rysunek 1.). Rysunek 1. BZA S

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. Wykorzystamy związki między parametrami w ruchu jednostajnym po okręgu takie jak: związek między prędkością kątową a czasem i kątem zakreślonym przez promień, oraz związek między prędkością kątową a okresem obiegu. Kąt 𝛼𝐴 , jaki zakreśli promień wodzący sondy A po czasie roku ziemskiego 𝑇𝑍 , wyraża się wzorem: 2𝜋 𝛼𝐴 = 𝜔𝐴 𝑇𝑍 gdzie 𝜔𝐴 = 𝑇𝐴 Z powyższych związków obliczymy miarę kąta 𝛼𝐴 : 2𝜋 365 dób 𝛼𝐴 = ⋅𝑇 → 𝛼𝐴 = 2𝜋 rad ⋅ ≈ 2,12𝜋 rad ≈ 382° 𝑇𝐴 𝑍 344 doby Kąt, jaki zakreśli promień wodzący Ziemi po czasie roku ziemskiego, jest z definicji równy kątowi pełnemu: 𝛼𝑍 = 2𝜋 rad = 360° Miara kąta 𝛼 między promieniami wodzącymi sondy 𝐴 oraz Ziemi po roku ziemskim od chwili 𝑡0 wyraża się wzorem: 𝛼 = 𝛼𝐴 − 𝛼𝑍 Do powyższego wzoru podstawimy wyznaczone wcześniej 𝛼𝐴 oraz 𝛼𝑍 : 𝛼 ≈ 382° − 360° ≈ 22° Sposób 2. Obliczymy obwód 𝑂𝐴 orbity, po której krąży sonda A: 𝑂𝐴 = 2𝜋𝑟𝐴 ≈ 2 ⋅ 3,14 ⋅ 0,962 au ≈ 6,04 au Obliczymy prędkość liniową 𝑣𝐴 sondy A na orbicie: 𝑂𝐴 6,04 au au 𝑣𝐴 = ≈ ≈ 0,0176 𝑇𝐴 344 doby doba Obliczymy drogę 𝑠𝐴 na orbicie 𝐴, jaką przebędzie sonda A w czasie roku ziemskiego 𝑇𝑍 : au 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑇𝑍 ≈ 0,01756 ⋅ 365 dób ≈ 6,41 au doba Obliczymy różnicę długości łuku 𝑠𝐴 i obwodu orbity 𝐴: Δ𝑙 = 𝑠𝐴 − 𝑂𝐴 ≈ 6,41 au − 6,04 au = 0,37 au Obliczymy kąt 𝛼: Δ𝑙 0,37 au 𝛼= ≈ ≈ 0,38 rad 𝑟𝐴 0,962 au

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: (dla rozwiązań sposobem 1.) 3 pkt – poprawna metoda obliczenia kąta, o jaki rozejdą się promienie wodzące sondy A i Ziemi, oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego wyrażonego w stopniach lub radianach (𝛼 ≈ 22° ≈ 0,12𝜋 rad ≈ 0,38 rad). 2 pkt – zapisanie związku między kątem, jaki zakreśli promień wodzący sondy A w czasie roku ziemskiego a okresami obiegu dookoła Słońca sondy A i Ziemi oraz zapisanie kąta 𝛼 jako różnicy: kąta, jaki zakreśli promień wodzący sondy A i kąta, jaki zakreśli promień wodzący Ziemi oraz podanie tego kąta dla Ziemi, np. zapisy równoważne poniższym: 2𝜋 𝛼𝐴 = ⋅𝑇 oraz 𝛼 = 𝛼𝐴 − 𝛼𝑍 oraz 𝛼𝑍 = 2𝜋 (lub 360°) 𝑇𝐴 𝑍 LUB – poprawna metoda obliczenia kąta, jaki zakreśli promień wodzący sondy A w ciągu roku ziemskiego i podanie prawidłowego wyniku liczbowego wyrażonego w stopniach lub radianach, np. zapis: 365 dób 𝛼𝐴 = 2𝜋 rad ⋅ ≈ 2,12 𝜋 rad ≈ 6,67 rad ≈ 381,6° 344 doby 1 pkt – zapisanie związku między kątem, jaki zakreśli promień wodzący sondy A w czasie roku ziemskiego, a okresami obiegu dookoła Słońca sondy A i Ziemi, np. zapis 2𝜋 𝛼𝐴 = ⋅𝑇 𝑇𝐴 𝑍 LUB – zapisanie kąta 𝛼 jako różnicy: kąta, jaki zakreśli promień wodzący sondy A i kąta, jaki zakreśli promień wodzący Ziemi oraz podanie tego kąta dla Ziemi, np. zapisy 𝛼 = 𝛼𝐴 − 𝛼𝑍 oraz 𝛼𝑍 = 2𝜋 (lub 360°) 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Zasady oceniania (dla rozwiązań sposobem 2.) 3 pkt – poprawna metoda obliczenia kąta, o jaki rozejdą się promienie wodzące sondy A i Ziemi, oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego wyrażonego w stopniach lub radianach (𝛼 ≈ 22° ≈ 0,12𝜋 rad ≈ 0,38 rad). 2 pkt – zapisanie wyrażenia (lub wyrażeń równoważnych) pozwalającego (pozwalających) obliczyć drogę na orbicie 𝐴, jaką przebędzie sonda A ciągu roku ziemskiego oraz zapisanie różnicy drogi, jaką przebędzie sonda A czasie roku ziemskiego i obwodu orbity 𝐴 oraz zapisanie związku między tą różnicą a kątem 𝛼 , np. zapisy (lub zapisy równoważne) 2𝜋𝑟𝐴 Δ𝑙 𝑠𝐴 = ⋅ 𝑇𝑍 oraz Δ𝑙 = 𝑠𝐴 − 𝑂𝐴 oraz 𝛼= 𝑇𝐴 𝑟𝐴 LUB – poprawna metoda obliczenia drogi 𝑠𝐴 , jaką przebędzie sonda A ciągu roku ziemskiego, np. zapis: 2 ⋅ 3,14 ⋅ 0,962 au au 𝑠𝐴 = 𝑣𝐴 𝑇𝑍 ≈ ⋅ 365 dób ≈ 0,01756 ⋅ 365 dób ≈ 6,41 au 344 doby doba 1 pkt – zapisanie wyrażenia (lub wyrażeń równoważnych) pozwalającego (pozwalających) obliczyć drogę na orbicie 𝐴, jaką przebędzie sonda A w ciągu roku ziemskiego, np. zapisy (lub zapisy równoważne) 2𝜋𝑟𝐴 𝑂𝐴 2𝜋𝑟𝐴 𝑠𝐴 = ⋅ 𝑇𝑍 albo (𝑙𝐴 = 𝑣𝐴 𝑇𝑍 oraz 𝑣𝐴 = = ) 𝑇𝐴 𝑇𝐴 𝑇𝐴 LUB – zapisanie różnicy drogi, jaką przebędzie sonda A czasie roku ziemskiego i obwodu orbity 𝐴 oraz zapisanie związku między tą różnicą a kątem 𝛼 : Δ𝑙 Δ𝑙 = 𝑠𝐴 − 𝑂𝐴 oraz 𝛼= 𝑟𝐴 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwaga dodatkowa Wynik może być podany w radianach lub w stopniach. W przypadku wyniku podanego w radianach dopuszcza się pozostawienie symbolu 𝜋 mnożącego liczbę (np. 0,12𝜋).

Zadanie 7.31 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych. v𝐴 Iloraz , czyli stosunek wartości prędkości liniowej sondy A do wartości prędkości liniowej v𝐵 sondy B, wynosi (w zaokrągleniu do dwóch miejsc po przecinku) v𝐴 v𝐴 v𝐴 v𝐴 A. ≈ 0,92 B. ≈ 1,08 C. ≈ 0,96 D. ≈ 1,04 v𝐵 v𝐵 v𝐵 v𝐵 Nr zadania 7.1. 7.2. 7.3. Wypełnia Maks. liczba pkt 2 3 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Podczas misji badawczej o nazwie STEREO dwie sondy: A i B poruszają się po orbitach dookoła Słońca jedynie pod wpływem jego grawitacji. Przyjmij, że sonda A porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐴 = 0,962 au (jednostki astronomicznej), a sonda B porusza się po orbicie kołowej o promieniu 𝑟𝐵 = 1,043 au. Okres obiegu sondy A dookoła Słońca wynosi 𝑇𝐴 = 344 dób ziemskich. Obie sondy oraz Ziemia obiegają Słońce w tę samą stronę, a ich orbity leżą w jednej płaszczyźnie. W pewnej chwili 𝑡0 sondy A i B, Ziemia (Z) oraz Słońce (S) ułożyły się wzdłuż jednej prostej (zobacz rysunek 1.). Rysunek 1. BZA S

Pokaż odpowiedź
1 pkt – poprawna odpowiedź.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – poprawna odpowiedź. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź D

Zadanie 8.11 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Dokończ zdanie. Wpisz właściwą liczbę w wykropkowanym miejscu, w zaokrągleniu do trzech cyfr znaczących. Częstotliwość zmian natężenia prądu w opisanym obwodzie jest równa Hz.

Prądnica wytwarza napięcie przemienne 𝑈, którego zależność od czasu 𝑡 dana jest wzorem: 1 𝑈(𝑡) = 7,50 V ⋅ sin (10,0 ⋅ 𝑡) s Do zacisków prądnicy podłączono opornik o oporze elektrycznym 𝑅 = 4,00 Ω. Schemat obwodu przedstawia rysunek poniżej. Rysunek 𝑅 ~ 𝑈(𝑡)

Pokaż odpowiedź
1 pkt – wpisanie prawidłowej częstotliwości zmian natężenia prądu w obwodzie.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – wpisanie prawidłowej częstotliwości zmian natężenia prądu w obwodzie. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź Częstotliwość zmian natężenia prądu w opisanym obwodzie jest równa 1,59 Hz.

Zadanie 8.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Oblicz średnią moc prądu przemiennego wydzielaną na oporniku w czasie jednego okresu zmian napięcia wytwarzanego przez prądnicę. EFAP-R0_100

Prądnica wytwarza napięcie przemienne 𝑈, którego zależność od czasu 𝑡 dana jest wzorem: 1 𝑈(𝑡) = 7,50 V ⋅ sin (10,0 ⋅ 𝑡) s Do zacisków prądnicy podłączono opornik o oporze elektrycznym 𝑅 = 4,00 Ω. Schemat obwodu przedstawia rysunek poniżej. Rysunek 𝑅 ~ 𝑈(𝑡)

Pokaż odpowiedź
Porównamy zależność przedstawioną w treści zadania z zależnością przedstawiającą przebieg sinusoidalny, zapisaną na symbolach wielkości: 1 2𝜋 𝑈(𝑡) = 7,50 V ∙ sin (10,0 ∙ 𝑡) 𝑈(𝑡) = 𝑈𝑚𝑎𝑥 sin ( ∙ 𝑡 + 𝜙0 ) s 𝑇 Sposób 1. Z powyższego wynika, że: 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 7,50 V Obliczymy moc średnią rozproszoną na oporze w czasie jednego okresu zmian napięcia. Zastosujemy wzór na moc średnią, podstawimy wartości liczbowe i wykonamy obliczenia: 2 (7,50 V)2 𝑈𝑚𝑎𝑥 𝑃ś𝑟 = → 𝑃ś𝑟 = ≈ 7,03 W 2𝑅 2 ⋅ 4,00 Ω Sposób 2. Z powyższego wynika, że: 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 7,50 V zatem parametry skuteczne mają wartości: 𝑈𝑚𝑎𝑥 𝑈𝑠𝑘 𝑈𝑠𝑘 = ≈ 5,303 V oraz 𝐼𝑠𝑘 = ≈ 1,326 A √2 𝑅 Obliczymy moc średnią rozproszoną na oporze w czasie jednego okresu zmian napięcia. Zastosujemy wzór na moc średnią, podstawimy wartości liczbowe i wykonamy obliczenia: 𝑃ś𝑟 = 𝑈𝑠𝑘 𝐼𝑠𝑘 → 𝑃ś𝑟 ≈ 5,303 V ⋅ 1,326 A ≈ 7,03 W Sposób 3. Z powyższego wynika, że: 𝑈𝑚𝑎𝑥 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 7,50 V zatem 𝑈𝑠𝑘 = ≈ 5,303 V √2 Obliczymy moc średnią rozproszoną na oporze w czasie jednego okresu zmian napięcia. Zastosujemy wzór na moc średnią, podstawimy wartości liczbowe i wykonamy obliczenia: 2 (5,303 V)2 𝑈𝑠𝑘 𝑃ś𝑟 = → 𝑃ś𝑟 ≈ ≈ 7,03 W 𝑅 4,00 Ω

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawna metoda obliczenia mocy średniej wydzielanej na oporniku w czasie jednego okresu oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką. 1 pkt – wyznaczenie wartości napięcia maksymalnego oraz zastosowanie wzoru na moc średnią w wersji z napięciem maksymalnym (np. podobnie jak w sposobie 1.) LUB – wyznaczenie wartości napięcia skutecznego oraz zastosowanie wzoru na moc średnią w wersji z parametrami skutecznymi (np. podobnie jak w sposobie 2. albo 3). 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 9.13 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Gdy ekran ustawiono w odległości 𝑑1 = 49 cm od przedmiotu P, to – przy pewnym położeniu soczewki – zaobserwowano na ekranie ostry i powiększony obraz P′ przedmiotu P (zobacz rysunek). Powiększenie obrazu względem przedmiotu było równe 𝑝 = 2,5. Rysunek E S P 𝑑1 P′ Oblicz ogniskową 𝒇 soczewki. Nr zadania 8.1. 8.2. 9.1. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 3 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Na ławie optycznej ustawiono przedmiot P, cienką soczewkę skupiającą S oraz ekran E. W doświadczeniu obserwowano obrazy rzeczywiste przedmiotu P, wytworzone na ekranie przez soczewkę, przy różnych ustawieniach soczewki i ekranu.

Pokaż odpowiedź
Ogniskową soczewki 𝑓 obliczymy z równania soczewki: 1 1 1 = + 𝑓 𝑥 𝑦 gdzie 𝑥 = |𝑃𝑆| i 𝑦 = |𝑆𝐸| są odpowiednio odległościami przedmiotu od soczewki i obrazu od soczewki. Wielkości te wyznaczymy z układu równań: 𝑑1 = 𝑥 + 𝑦 𝑥 + 𝑦 = 49 cm {𝑦 → {𝑦 =𝑝 = 2,5 𝑥 𝑥 𝑥 + 2,5𝑥 = 49 cm 3,5𝑥 = 49 cm { → { 𝑦 = 2,5𝑥 𝑦 = 2,5𝑥 𝑥 = 14 cm { 𝑦 = 35 cm Obliczymy ogniskową soczewki: 1 1 1 49 1 = + = = 𝑓 14 cm 35 cm 490 cm 10 cm 𝑓 = 10 cm

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 3 pkt – poprawna metoda obliczenia ogniskowej soczewki oraz podanie prawidłowego wyniku liczbowego z jednostką. 2 pkt – poprawne zapisanie równania soczewki oraz dwóch równań wiążących odległość przedmiotu od soczewki z odległością obrazu przedmiotu od soczewki, np. zapisy: 1 1 1 𝑦 = + oraz 𝑥 + 𝑦 = 49 cm oraz = 2,5 𝑓 𝑥 𝑦 𝑥 LUB – poprawne zapisanie dwóch równań wiążących odległość przedmiotu od soczewki z odległością obrazu przedmiotu od soczewki oraz prawidłowe rozwiązanie tego układu równań i podanie obu odległości, np. zapisy: 𝑦 𝑥 + 𝑦 = 49 cm oraz = 2,5 oraz 𝑥 = 14 cm oraz 𝑦 = 35 cm 𝑥 1 pkt – poprawne zapisanie dwóch równań wiążących odległość przedmiotu od soczewki z odległością obrazu przedmiotu od soczewki, np. zapisy: 𝑦 𝑥 + 𝑦 = 49 cm oraz = 2,5 𝑥 LUB – poprawne zapisanie równania soczewki oraz jednego z równań wiążących odległość przedmiotu od soczewki z odległością obrazu przedmiotu od soczewki, np. zapisy: 1 1 1 𝑦 = + oraz ( 𝑥 + 𝑦 = 49 cm albo = 2,5 ) 𝑓 𝑥 𝑦 𝑥 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 9.21 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

W kolejnym doświadczeniu ekran i przedmiot ustawiono względem siebie w pewnej ustalonej odległości 𝑑2 . Gdy soczewkę umieszczono w odległości 𝑥2 od przedmiotu P, to na ekranie zaobserwowano ostry, powiększony obraz tego przedmiotu, a gdy soczewkę umieszczono w odległości 𝑥3 od przedmiotu P, to na ekranie zaobserwowano ostry, pomniejszony obraz tego przedmiotu. Zapisz w wyznaczonym poniżej miejscu wyrażenie pozwalające wyznaczyć 𝒙𝟑 tylko za pomocą 𝒅𝟐 oraz 𝒙𝟐 . 𝑥3 =

Na ławie optycznej ustawiono przedmiot P, cienką soczewkę skupiającą S oraz ekran E. W doświadczeniu obserwowano obrazy rzeczywiste przedmiotu P, wytworzone na ekranie przez soczewkę, przy różnych ustawieniach soczewki i ekranu.

Pokaż odpowiedź
1 pkt – wpisanie prawidłowej postaci wyrażenia.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 1 pkt – wpisanie prawidłowej postaci wyrażenia. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź 𝑥3 = 𝑑2 − 𝑥2

Zadanie 10.12 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Na rysunkach 1.–3. przedstawiono strunę, gdy znajdowała się ona w położeniu równowagi. Strunę pobudzano do drgań w różny sposób. Na rysunku 1. dorysuj obraz fali stojącej o największej długości, jaka może powstać na strunie. Na rysunkach 2. i 3. dorysuj obrazy dwóch fal stojących o kolejnych długościach, które mogą powstać na tej strunie. Uwaga: Obraz fali stojącej może przedstawiać widok struny w chwili jej maksymalnego wychylenia z położenia równowagi. Rysunek 1. Rysunek 2. Rysunek 3. EFAP-R0_100 Informacja do zadania 10.2. Wartość prędkości fali poprzecznej na napiętej strunie wyraża się wzorem: 𝐹 𝑚 v=√ przy czym 𝜇= 𝜇 𝐿 gdzie 𝐹 jest wartością siły napinającej strunę, 𝜇 jest gęstością liniową rozciągniętej struny, 𝑚 jest masą struny, 𝐿 jest długością rozciągniętej struny.

Rozważamy napiętą strunę metalową, której oba końce są unieruchomione. Gdy struna jest pobudzona do drgań, to tworzą się na niej poprzeczne fale stojące.

Pokaż odpowiedź
2 pkt – poprawne narysowanie trzech obrazów fal stojących na rysunkach 1.–3. 1 pkt – poprawne narysowanie obrazu fali stojącej na rysunku 1. (o największej długości)

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawne narysowanie trzech obrazów fal stojących na rysunkach 1.–3. 1 pkt – poprawne narysowanie obrazu fali stojącej na rysunku 1. (o największej długości) LUB – poprawne narysowanie obrazu fali stojącej (o dowolnej poprawnej długości) na jednym z rysunków 2.–3. (nie może być to rysunek obrazu fali o największej długości). 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Poprawne rozwiązania Sposób 1. Rysunek 1. Rysunek 2. Rysunek 3. Sposób 2. (widok struny w chwili jej maksymalnego wychylenia) Rysunek 1. Rysunek 2. Rysunek 3.

Zadanie 10.24 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Strunę o masie 𝑚 i długości swobodnej 𝐿0 rozciągnięto siłą o wartości 𝐹1 do długości 𝐿1 = 1,01𝐿0 . Drugą, identyczną strunę o masie 𝑚 i długości swobodnej 𝐿0 rozciągnięto siłą o wartości 𝐹2 do długości 𝐿2 = 1,03𝐿0 . Przyjmij, że siły napinające struny są wprost proporcjonalne do wydłużeń tych strun. 𝒇𝟐 Oblicz iloraz , czyli stosunek częstotliwości najdłuższych fal stojących, które mogą 𝒇𝟏 powstać – odpowiednio – na strunach o długościach 𝑳𝟐 i 𝑳𝟏 . Nr zadania 9.2. 10.1. 10.2. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 4 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Rozważamy napiętą strunę metalową, której oba końce są unieruchomione. Gdy struna jest pobudzona do drgań, to tworzą się na niej poprzeczne fale stojące.

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. Wyprowadzimy i zapiszemy związek między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością struny 𝐿 i wartością 𝑣 prędkości fali poprzecznej na strunie: 𝜆 𝑣 𝑣 = 𝜆𝑓 oraz 𝐿= → 𝑓= 2 2𝐿 𝑓2 Zapiszemy iloraz – częstotliwości najdłuższych fal stojących, które mogą powstać 𝑓1 odpowiednio na strunach o długościach 𝐿2 i 𝐿1 : 𝑣2 𝑓2 2𝐿2 𝐿1 𝑣2 = 𝑣 = ⋅ 𝑓1 1 𝐿2 𝑣1 2𝐿1 Wykorzystamy wzór na prędkość fali poprzecznej na strunie: 𝐹2 √( 𝑚 ) 𝑓2 𝐿1 𝐿2 𝐿1 𝐹2 𝐿2 𝐹2 𝐿1 = ⋅ = ⋅√ ⋅ =√ ⋅ 𝑓1 𝐿2 𝐹1 𝐿2 𝐹1 𝐿1 𝐹1 𝐿2 √( 𝑚 ) 𝐿1 Skorzystamy z faktu, że siły napinające struny są wprost proporcjonalne do wydłużeń tych strun: 𝐹2 Δ𝐿2 𝐹1 = 𝑘Δ𝐿1 oraz 𝐹2 = 𝑘Δ𝐿2 → = 𝐹1 Δ𝐿1 Ostatecznie otrzymujemy: 𝑓2 Δ𝐿2 𝐿1 =√ ⋅ 𝑓1 Δ𝐿1 𝐿2 Wykorzystamy informacje o długościach i wydłużeniach strun: 𝑓2 0,03𝐿0 1,01𝐿0 1,01 =√ ⋅ = √3 ⋅ ≈ 1,7151 … ≈ 1,72 𝑓1 0,01𝐿0 1,03𝐿0 1,03 Sposób 2. Poniżej akceptowalne pełne rozwiązanie, w którym zdający używa długości struny swobodnej do określenia gęstości liniowej. Zapiszemy związek między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością struny 𝐿 i wartością 𝑣 prędkości fali poprzecznej na strunie: 𝑣 𝑓= 2𝐿 𝑓2 Zapiszemy iloraz : 𝑓1 𝑓2 𝐿1 𝑣2 = ⋅ 𝑓1 𝐿2 𝑣1 Wykorzystamy wzór na prędkość fali poprzecznej na strunie: 𝐹2 √( 𝑚 ) 𝑓2 𝐿1 𝐿0 𝐿1 𝐹2 = ⋅ = ⋅√ 𝑓1 𝐿2 𝐹1 𝐿2 𝐹1 √( 𝑚 ) 𝐿0 Skorzystamy z faktu, że siły napinające struny są wprost proporcjonalne do wydłużeń tych identycznych strun: 𝐹2 Δ𝐿2 = 𝐹1 Δ𝐿1 Ostatecznie otrzymujemy: 𝑓2 𝐿1 Δ𝐿2 = ⋅√ 𝑓1 𝐿2 Δ𝐿1 Wykorzystamy informacje o długościach i wydłużeniach strun: 𝑓2 1,01𝐿0 0,03𝐿0 1,01 = ⋅√ = √3 = 1,6984 … ≈ 1,70 𝑓1 1,03𝐿0 0,01𝐿0 1,03

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 4 pkt – poprawna metoda obliczenia ilorazu częstotliwości najdłuższych fal stojących, które mogą powstać odpowiednio na strunach o długościach 𝐿2 i 𝐿1 i podanie prawidłowego wyniku (podana wartość liczbowa powinna być taka, aby po zaokrągleniu do dwóch cyfr znaczących była równa 1,7). 3 pkt – poprawna metoda obliczenia ilorazu częstotliwości, tzn.: wykorzystanie związków dla obu strun między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością rozciągniętej struny i wartością prędkości fali poprzecznej na strunie oraz wykorzystanie informacji o prędkości fali poprzecznej na strunie oraz wykorzystanie informacji o proporcjonalności siły rozciągającej strunę do jej wydłużenia i doprowadzenie ilorazu częstotliwości do postaci równoważnej poniższym: 𝑓2 𝛥𝐿2 𝐿1 =⋯=√ ⋅ (np. jak w sposobie 1.) 𝑓1 𝛥𝐿1 𝐿2 LUB 𝑓2 𝐿1 𝛥𝐿2 𝐿2 =⋯ = ⋅√ ⋅ (np. jak w sposobie 1.) 𝑓1 𝐿2 𝛥𝐿1 𝐿1 LUB 𝑓2 𝐿1 Δ𝐿2 =⋯ = ⋅√ (np. jak w sposobie 2.) 𝑓1 𝐿2 Δ𝐿1 2 pkt – zapisanie/wykorzystanie dla obu strun związków między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością rozciągniętej struny i wartością prędkości fali poprzecznej na strunie oraz wykorzystanie informacji o prędkości fali poprzecznej na strunie i doprowadzenie ilorazu częstotliwości do postaci równoważnej poniższym (np. jak w sposobie 1.): 𝑓2 𝐿1 𝐹2 𝐿2 𝑓2 𝐹2 𝐿1 =⋯ = ⋅√ ⋅ albo =⋯= √ ⋅ 𝑓1 𝐿2 𝐹1 𝐿1 𝑓1 𝐹1 𝐿2 LUB – zapisanie/wykorzystanie dla obu strun związków między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością rozciągniętej struny i wartością prędkości fali poprzecznej na strunie oraz wykorzystanie informacji o prędkości fali poprzecznej na strunie i doprowadzenie ilorazu częstotliwości do postaci równoważnej poniższym (np. jak w sposobie 2.): 𝑓2 𝐿1 𝐹2 =⋯ = ⋅√ 𝑓1 𝐿2 𝐹1 LUB – zapisanie/wykorzystanie dla obu strun związków między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością rozciągniętej struny i wartością prędkości fali poprzecznej na strunie oraz wykorzystanie informacji o proporcjonalności siły rozciągającej strunę do jej wydłużenia, np. zapisy (lub zapisy równoważne): 𝑓2 𝐿1 𝑣2 𝐹2 Δ𝐿2 = ⋅ oraz (( 𝐹1 = 𝑘Δ𝐿1 oraz 𝐹2 = 𝑘Δ𝐿2 ) albo = ) 𝑓1 𝐿2 𝑣1 𝐹1 Δ𝐿1 1 pkt – zapisanie/wykorzystanie dla obu strun związków między częstotliwością fali stojącej (o największej długości) a długością rozciągniętej struny i wartością prędkości fali poprzecznej na strunie, np. zapisy (lub zapisy równoważne): 𝑣2 𝑣1 𝑣2 𝑓2 2𝐿2 𝑓2 𝐿1 𝑣2 ( 𝑓1 = oraz 𝑓2 = ) albo = 𝑣 albo = ⋅ 2𝐿1 2𝐿2 𝑓1 1 𝑓1 𝐿2 𝑣1 2𝐿1 – wykorzystanie informacji o proporcjonalności siły rozciągającej strunę do jej wydłużenia, np. zapisy (lub zapisy równoważne): 𝐹2 Δ𝐿2 ( 𝐹1 = 𝑘Δ𝐿1 oraz 𝐹2 = 𝑘Δ𝐿2 ) albo = 𝐹1 Δ𝐿1 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwaga dodatkowa 𝑣 1. Jeżeli zdający przyjmie długość struny swobodnej (a nie naprężonej) dla związku 𝑓 = 2𝐿 i konsekwentnie doprowadzi rozwiązanie do końca (poprawnie wykorzysta pozostałe związki bez błędów rachunkowych), to otrzyma co najwyżej 2 pkt. 2. Jeżeli zdający do obliczenia stosunku częstotliwości najdłuższych fal stojących wykorzysta stosunek częstotliwości wyższych (o tych samych numerach) składowych harmonicznych (który jest równy stosunkowi częstotliwości pierwszych składowych harmonicznych), to taką metodę rozwiązania należy uznać za równoważną.

Zadanie 11.13 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Na rysunku przedstawiającym widmo zidentyfikuj jedną z linii widmowych, która pochodzi od wodoru. Zapisz niezbędne obliczenia, które pozwalają zidentyfikować tę linię. Postaw znak X na zidentyfikowanej linii. Przyjmij do obliczeń: ℎ ≈ 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s (stała Plancka), 𝑐 ≈ 2,998 ⋅ 108 m/s (wartość prędkości światła w próżni), 𝑒 ≈ 1,602 ⋅ 10−19 C (ładunek elektryczny elementarny), 𝐸1 ≈ −13,61 eV (energia stanu podstawowego atomu wodoru). EFAP-R0_100

W zamkniętym pojemniku znajduje się gaz, który jest mieszaniną wodoru i helu. Gaz ten pobudzono do świecenia, a następnie zarejestrowano jego widmo emisyjne. Na rysunku poniżej przedstawiono zarejestrowane w zakresie długości fal światła widzialnego linie widmowe helu oraz wodoru. Na osi pod widmem oznaczono długość fali elektromagnetycznej. Rysunek 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Wiadomo, że atom wodoru emituje światło widzialne podczas przeskoków elektronu z poziomów energetycznych 3, 4, 5 i 6 na poziom energetyczny 2. W zadaniach 11.1.–11.2. pomiń odrzut atomu przy emisji/absorpcji fotonu.

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Zidentyfikujemy linię widmową, której odpowiada przejście 3 → 2. Zgodnie z zasadą zachowania energii energia emitowanego fotonu jest równa różnicy energii elektronu w atomie wodoru przed i po emisji fotonu: 𝐸3 − 𝐸2 = 𝐸𝑓𝑜𝑡 Skorzystamy ze wzorów na energię elektronu w atomie wodoru oraz ze wzoru Plancka na energię fotonu oraz ze związku między prędkością światła a długością i częstotliwością fali: 𝐸1 𝐸1 − = ℎ𝑓32 oraz 𝑐 = 𝜆32 𝑓32 32 22 1 1 ℎ𝑐 𝐸1 ( 2 − 2 ) = 3 2 𝜆32 Wyznaczymy długość fali fotonu emitowanego podczas przejścia 3 → 2. Przekształcimy powyższe wyrażenie, podstawimy wartości stałych fizycznych i wykonamy obliczenia. ℎ𝑐 𝜆32 = 1 1 𝐸1 ( 2 − 2 ) 3 2 m 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s ⋅ 2,998 ⋅ 108 s 𝜆32 = ≈ 6,56 ⋅ 10−7 m ≈ 656 nm 1 1 −13,61 ⋅ 1,602 ⋅ 10−19 J ⋅ ( 2 − 2 ) 3 2 Sposób 2. 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Zidentyfikujemy linię widmową, której odpowiada przejście 4 → 2. [Kolejne zapisy rozwiązania są analogiczne do przedstawionych w sposobie 1.] m ℎ𝑐 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s ⋅ 2,998 ⋅ 108 s 𝜆42 = ≈ ≈ 4,86 ⋅ 10−7 m ≈ 486 nm 1 1 −19 1 1 𝐸1 ( 2 − 2 ) −13,61 ⋅ 1,602 ⋅ 10 J ⋅ ( 2 − 2) 4 2 4 2 Sposób 3. 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Zidentyfikujemy linię widmową, której odpowiada przejście 5 → 2. [Kolejne zapisy rozwiązania są analogiczne do przedstawionych w sposobie 1.] m ℎ𝑐 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s ⋅ 2,998 ⋅ 108 𝜆52 = ≈ s ≈ 4,34 ⋅ 10−7 m ≈ 434 nm 1 1 −19 1 1 𝐸1 ( 2 − 2 ) −13,61 ⋅ 1,602 ⋅ 10 J ⋅ ( 2 − 2) 5 2 5 2 Sposób 4. 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Zidentyfikujemy linię widmową, której odpowiada przejście 6 → 2. [Kolejne zapisy rozwiązania są analogiczne do przedstawionych w sposobie 1.] m ℎ𝑐 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s ⋅ 2,998 ⋅ 108 s 𝜆62 = ≈ ≈ 4,10 ⋅ 10−7 m ≈ 410 nm 1 1 −19 1 1 𝐸1 ( 2 − 2 ) −13,61 ⋅ 1,602 ⋅ 10 J ⋅ ( 2 − 2) 6 2 6 2

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 3 pkt – poprawna metoda obliczenia długości fali fotonu emitowanego podczas przejścia 𝑛 ∈ {3,4,5,6} → 2 oraz podanie poprawnego wyniku liczbowego oraz zaznaczenie odpowiadającej linii widmowej na rysunku. 2 pkt – zastosowanie zasady zachowania energii układu atom–foton dla przejścia 𝑛 ∈ {3,4,5,6} → 2 oraz zastosowanie wzorów na energie elektronu w atomie wodoru dla rozważanych stanów, oraz zastosowanie wzoru Plancka na energię fotonu oraz wyrażenie częstotliwości fotonu poprzez długość fali, oraz podstawienie wszystkich wartości liczbowych stałych, np. zapisy (lub zapisy równoważne / zapis równoważny): −13,61 eV −13,61 eV 6,626 ⋅ 10−34 J ⋅ s ⋅ 2,998 ⋅ 108 m/s − = 9 4 𝜆 LUB – poprawna metoda wyprowadzenia wzoru pozwalającego obliczyć długość fali fotonu emitowanego podczas przejścia 𝑛 ∈ {3,4,5,6} → 2 oraz zapisanie tego wzoru w postaci równania, w którym po lewej stronie jest tylko długość fali, np. ℎ𝑐 [poprawna metoda] oraz 𝜆𝑛2 = 1 1 𝐸1 ( 2 − 2 ) 𝑛 2 LUB – obliczenie energii fotonu emitowanego podczas przejścia 𝑛 ∈ {3,4,5,6} → 2 (wystarczy w eV) oraz zastosowanie wzoru Plancka na energię fotonu (wystarczy wzór z częstotliwością) np. zapisy (lub zapisy równoważne / zapis równoważny): −13,61 eV −13,61 eV ℎ𝑓32 = − ≈ 1,89 eV 9 4 1 pkt – zastosowanie zasady zachowania energii układu atom–foton dla procesu przejścia elektronu z poziomu energetycznego 𝑛 ∈ {3,4,5,6} na poziom 𝑛 = 2 oraz zastosowanie wzorów na energie elektronu w atomie wodoru dla rozważanych stanów, np. zapisy (lub zapisy równoważne / zapis równoważny): 𝐸1 𝐸1 𝐸3 − 𝐸2 = 𝐸𝑓𝑜𝑡 oraz 𝐸2 = oraz 𝐸3 = 4 9 LUB – zastosowanie zasady zachowania energii układu atom–foton dla procesu przejścia elektronu z poziomu energetycznego 𝑛 ∈ {3,4,5,6} na poziom 𝑛 = 2 oraz zastosowanie wzoru Plancka na energię fotonu oraz wyrażenie częstotliwości fotonu poprzez długość fali np. zapisy (lub zapisy równoważne / zapis równoważny): ℎ𝑐 𝐸3 − 𝐸2 = 𝜆 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 11.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Przejście elektronu w atomie wodoru ze stanu energetycznego o numerze 𝑛 do stanu energetycznego o numerze 𝑘 oznaczymy jako 𝑛 → 𝑘 . Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe. Energia fotonu emitowanego podczas przejścia 4 → 2 jest równa energii 1. P F fotonu pochłoniętego podczas przejścia 2 → 4. Długość fali fotonu emitowanego podczas przejścia 4 → 2 jest większa od 2. P F długości fali fotonu emitowanego podczas przejścia 3 → 2. Minimalna energia fotonu, który może spowodować wybicie elektronu 3. P F z atomu wodoru w stanie podstawowym, wynosi w zaokrągleniu 13,6 eV. Nr zadania 11.1. 11.2. Wypełnia Maks. liczba pkt 3 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

W zamkniętym pojemniku znajduje się gaz, który jest mieszaniną wodoru i helu. Gaz ten pobudzono do świecenia, a następnie zarejestrowano jego widmo emisyjne. Na rysunku poniżej przedstawiono zarejestrowane w zakresie długości fal światła widzialnego linie widmowe helu oraz wodoru. Na osi pod widmem oznaczono długość fali elektromagnetycznej. Rysunek 400 450 500 550 600 650 700 𝜆, nm Wiadomo, że atom wodoru emituje światło widzialne podczas przeskoków elektronu z poziomów energetycznych 3, 4, 5 i 6 na poziom energetyczny 2. W zadaniach 11.1.–11.2. pomiń odrzut atomu przy emisji/absorpcji fotonu.

Pokaż odpowiedź
2 pkt – poprawne zaznaczenia w trzech zdaniach. 1 pkt – poprawne zaznaczenia w dwóch zdaniach.

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 2 pkt – poprawne zaznaczenia w trzech zdaniach. 1 pkt – poprawne zaznaczenia w dwóch zdaniach. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium. Poprawna odpowiedź 1. P 2. F 3. P

Zadanie 12.13 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

W powyższym układzie współrzędnych (𝒕, 𝑹) narysuj wykres zależności 𝑹(𝒕) oraz wyznacz czas 𝑻𝟏 połowicznego rozpadu izotopu ołowiu 𝟐𝟏𝟒𝐏𝐛. 𝟐 W tym celu zaznacz punkty pomiarowe, a następnie wykreśl krzywą ciągłą. Wykres narysuj dla przedziału czasu od 𝒕 = 𝟎 do 𝒕 = 𝟐𝟗𝟎 𝐦𝐢𝐧. Przedstaw (słownie lub za pomocą oznaczeń na wykresie) tok rozumowania prowadzący do wyznaczenia 𝑻𝟏 . 𝟐 EFAP-R0_100

Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę 𝑅 cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej 𝑡 = 0 do pewnej chwili czasu 𝑡. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb. 𝑡, min 0 40 80 120 160 200 240 280 𝑅 0 1275 1749 1903 1966 1986 1996 1998 Rysunek – układ współrzędnych (𝑡, 𝑅) R 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 t, min

Pokaż odpowiedź
Z wykresu wynika, że liczba wszystkich jąder, które uległy rozpadowi jest równa 2000. Po czasie 𝑡 = 𝑇1 – równym czasowi połowicznego rozpadu – od chwili 𝑡 = 0 rozpadnie się 2 1000 jąder. Odczytamy z wykresu argument 𝑡, dla którego funkcja 𝑅(𝑡) przyjmuje wartość 1000: 𝑡 = 𝑇1 ≈ 27 min 2 R 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 t, min 27

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: 3 pkt – poprawne naniesienie punktów pomiarowych na wykres oraz poprawne narysowanie wykresu funkcji 𝑅(𝑡) (w postaci gładkiej krzywej ciągłej) oraz stwierdzenie na podstawie wykresu (lub po prostu zaznaczenie na wykresie), że połowa z liczby jąder, które się rozpadły, jest równa 1000 oraz poprawne odczytanie z wykresu argumentu dla wartości 1000 i zapisanie wyniku mieszczącego się w przedziale od 𝑇1 = 26 min do 𝑇1 = 30 min. 2 2 2 pkt – poprawne naniesienie punktów pomiarowych na wykres oraz poprawne narysowanie wykresu funkcji 𝑅(𝑡) (w postaci gładkiej krzywej ciągłej) oraz stwierdzenie na podstawie wykresu, że połowa z liczby jąder, które się rozpadły, jest równa 1000 LUB – stwierdzenie na podstawie wyników podanych w tabeli (bez narysowania wykresu), że połowa z liczby jąder, które się rozpadły, jest równa 1000 oraz oszacowanie liniowe (np. za pomocą proporcji) na podstawie pierwszego punktu pomiarowego tabeli, że 𝑇1 ≈ 31 min, np. zapisy (lub zapisy równoważne) 2 1275 1000 = → 𝑥 = 𝑇1 = 31 min 40 𝑥 2 LUB – poprawne naniesienie punktów pomiarowych na wykres oraz niepoprawne narysowanie wykresu w postaci krzywej łamanej (składającej się fragmentami z odcinków) oraz oszacowanie na podstawie sporządzonego wykresu czasu połowicznego rozpadu. 1 pkt – poprawne naniesienie punktów pomiarowych na wykres (co najmniej siedmiu) oraz poprawne narysowanie wykresu funkcji 𝑅(𝑡) (w postaci gładkiej krzywej ciągłej) LUB – stwierdzenie na podstawie wyników podanych w tabeli (bez narysowania wykresu), że połowa z liczby jąder, które się rozpadły, jest równa 1000. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Uwaga dodatkowa Jeżeli zdający narysuje wykres w postaci krzywej ciągłej gładkiej, przechodzącej przez wszystkie punkty pomiarowe, i na podstawie tej krzywej odczyta czas połowicznego rozpadu, który nieznacznie wychodzi poza przedział [26 min, 30 min], to otrzymuje maksymalną liczbę punktów.

Zadanie 12.22 punktyOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Średnią aktywnością izotopu promieniotwórczego w czasie Δ𝑡 nazwiemy iloraz Δ𝑁 𝐴Δ𝑡 = Δ𝑡 gdzie Δ𝑁 jest liczbą jąder, które uległy rozpadowi (przemianie) w tym czasie. Oblicz stosunek średniej aktywności badanej próbki w czasie od 𝒕 = 𝟏𝟐𝟎 𝐦𝐢𝐧 do 𝒕 = 𝟏𝟔𝟎 𝐦𝐢𝐧 do średniej aktywności badanej próbki w czasie od 𝒕 = 𝟎 do 𝒕 = 𝟒𝟎 𝐦𝐢𝐧. Nr zadania 12.1. 12.2. 12.3. Wypełnia Maks. liczba pkt 3 2 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt EFAP-R0_100

Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę 𝑅 cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej 𝑡 = 0 do pewnej chwili czasu 𝑡. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb. 𝑡, min 0 40 80 120 160 200 240 280 𝑅 0 1275 1749 1903 1966 1986 1996 1998 Rysunek – układ współrzędnych (𝑡, 𝑅) R 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 t, min

Pokaż odpowiedź
Sposób 1. Zgodnie z definicją i danymi odczytanymi z tabeli średnia aktywność badanej próbki w czasie od 𝑡 = 120 min do 𝑡 = 160 min wynosi: 1966 − 1903 63 1,575 𝐴120_160 = = = 160 min − 120 min 40 min min Zgodnie z definicją i danymi odczytanymi z tabeli średnia aktywność badanej próbki w czasie od 𝑡 = 0 do 𝑡 = 40 min wynosi: 1275 1275 31,875 𝐴0_40 = = = 40 min − 0 min 40 min min Obliczymy stosunek średnich aktywności: 𝐴120_160 1,575 = ≈ 0,05 𝐴0_40 31,875 Sposób 2. Iloraz aktywności średnich obliczymy zgodnie z definicją i danymi odczytanymi z tabelki: 1966 − 1903 63 𝐴120_160 40 min 63 = = 40 min = ≈ 0,05 𝐴0_40 1275 − 0 1275 1275 40 min 40 min Sposób 3. (szacowanie z wykorzystaniem czasu połowicznego rozpadu) Wykorzystamy fakt, że aktywność pierwiastka promieniotwórczego zmienia się w czasie w taki sam sposób, jak zmienia się w czasie liczba jąder pierwiastka promieniotwórczego: 𝑡 𝐴(𝑡) 1 𝑇 =( ) 𝐴0 2 Średnią aktywność w danym przedziale czasu oszacujemy aktywnością w chwili połowy tego przedziału czasowego: 140 min 20 min 120 𝐴120_160 𝐴(140 min) 1 27 min 1 27 min 1 27 1 4,44 1 4,5 ≈ ≈ ( ) : ( ) ≈ ( ) ≈ ( ) ≈ ) ( 𝐴0_40 𝐴(20 min) 2 2 2 2 2 Wynik oszacowaliśmy z nadmiarem, aby obliczyć pierwiastek bez kalkulatora naukowego Zatem: 1 𝐴120_160 1 4,5 1 4 1 2 1 1 ≈( ) =( ) ⋅( ) = ⋅ √ ≈ 0,04 𝐴0_40 2 2 2 16 2

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: (dla rozwiązań sposobami 1. lub 2.) 2 pkt – poprawna metoda obliczenia ilorazu średnich aktywności oraz podanie prawidłowego wyniku. 1 pkt – poprawne obliczenie średniej aktywności w jednym z dwóch przedziałów czasu. 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów. Zasady oceniania (dla rozwiązań sposobem 3.) 2 pkt – poprawna metoda oszacowania ilorazu średnich aktywności oraz podanie prawidłowego wyniku. 1 pkt – oszacowanie ilorazu aktywności na podstawie prawa zaniku promieniotwórczego z wykorzystaniem czasu połowicznego rozpadu tzn. zapisanie wyrażenia równoważnego do: 120 𝐴120_160 1 27 =( ) 𝐴0_40 2 0 pkt – brak spełnienia powyższych kryteriów.

Zadanie 12.31 punktOdpowiedź wg zasad CKE · wyjaśnienie w przygotowaniuEFAP-R0-100-2205 · Formuła 2015Fizyka — odpowiedź według zasad CKE

Poniżej przedstawiono nieuzupełnione równanie rozpadu beta minus jądra ołowiu 214Pb. 214 … ... Pb → …… + β− Uwaga! W zapisie reakcji pomijamy cząstkę antyneutrino (o zerowym ładunku elektrycznym i zerowej liczbie masowej). Uzupełnij powyższe równanie rozpadu. Wpisz w wykropkowane miejsca właściwe liczby atomowe, liczbę masową oraz symbol pierwiastka. Skorzystaj z Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych. EFAP-R0_100 EFAP-R0_100

Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę 𝑅 cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej 𝑡 = 0 do pewnej chwili czasu 𝑡. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb. 𝑡, min 0 40 80 120 160 200 240 280 𝑅 0 1275 1749 1903 1966 1986 1996 1998 Rysunek – układ współrzędnych (𝑡, 𝑅) R 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 t, min

Pokaż odpowiedź
214 214 82 Pb → 83Bi + β−

Odpowiedź i kryteria punktowania pochodzą z oficjalnych zasad oceniania CKE.

Punktowanie: rozwiązań zadań Zasady oceniania 1 pkt – poprawne uzupełnienie równania reakcji: wpisanie właściwych liczb atomowych, liczby masowej oraz symbolu pierwiastka. 0 pkt – brak spełnienia powyższego kryterium.

Status redakcyjny

Komplet podpunktów opracowany w HTML

  1. 1

    Ekstrakcja pytań. 29 jednostek zadaniowych zapisano w drafcie redakcyjnym.

  2. 2

    Odpowiedzi i rozwiązania. 29 z 29 jednostek zestawów źródłowych ma odpowiedź; 0 ma również pełny tok rozumowania, a dla 29 pozostaje on do opracowania.

  3. 3

    Weryfikacja. Porównamy całość z oficjalnymi zasadami CKE przed indeksacją.

29 z 29 jednostek zestawów źródłowych ma odpowiedź · 29 bez rozwiązania krok po kroku · bez indeksacji do czasu drugiej recenzji

Dokumenty źródłowe

Oficjalne materiały CKE

PDF-y nie są osadzane ani wczytywane razem ze stroną. Każdy link prowadzi bezpośrednio do dokumentu źródłowego CKE.