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
s2Odpowiedź 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 mOdpowiedź 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
𝐹⃗3Odpowiedź 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
𝑆Odpowiedź 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⋅sOdpowiedź 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 )
3𝐴Odpowiedź 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
𝐶Odpowiedź 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 s2Odpowiedź 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 mOdpowiedź 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 1Odpowiedź 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 auOdpowiedź 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 auOdpowiedź 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 ΩOdpowiedź 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 cmOdpowiedź 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 1,03Odpowiedź 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 2Odpowiedź 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
27Odpowiedź 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 2Odpowiedź 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.