Maj 2026 · Formuła 2023

Fizyka 2026 — poziom rozszerzony

Wszystkie podpunkty mają opracowanie w lekkiej wersji internetowej z podpowiedziami i rozwiązaniami. Część materiałów do czytania jest autorskim streszczeniem. Strona pozostaje poza indeksem do czasu końcowej recenzji merytorycznej.

Poziom
Rozszerzony
Kod arkusza
MFAP-R0-100-A-2605
Dokumenty
3

Pierwsze opracowanie · komplet podpunktów

Zadania, odpowiedzi i tok rozumowania

Te zadania przeszły pierwszy przegląd treści i rozwiązania, ale cały arkusz pozostaje poza indeksem do czasu pełnej recenzji merytorycznej.

Warunki do zadań 1.1–1.3

Autorskie streszczenie danych z arkusza CKE, s. 4. Oryginalny wykres pokazano poniżej. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Rzut pionowy w próżni

W chwili t₀ = 0 s z wysokości h₀ wyrzucono pionowo w górę ciało C z prędkością v₀. Ciało osiągnęło wysokość hₘₐₓ, a następnie spadło na podłoże. Ruch odbywa się bez oporów w jednorodnym polu grawitacyjnym, dla g = 9,81 m/s².

Zadanie 1.11 punktWariant ARzut pionowy i przyśpieszenie

Oceń zdania: (1) przyśpieszenie ciała zależy od jego masy; (2) czas trwania ruchu zależy od v₀.

Wykres wysokości ciała od czasu: W = (0,8 s; h maksymalne), B = (1,8 s; 0).
Rysunek z arkusza CKE, strona 4 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
F, P.

Pierwsze zdanie jest fałszywe, drugie prawdziwe.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 3.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Oceń przyśpieszenie

    W próżni na ciało działa tylko grawitacja. W jednorodnym polu przyśpieszenie ma stałą wartość g i nie zależy od masy, więc pierwsze zdanie jest fałszywe.

  2. 2
    Oceń czas wznoszenia

    W najwyższym punkcie prędkość maleje do zera zgodnie z v=v₀−gt. Czas wznoszenia wynosi v₀/g, więc czas całego ruchu zależy od v₀. Drugie zdanie jest prawdziwe.

Typowy błąd: Uznanie, że cięższe ciało spada z większym przyśpieszeniem mimo jawnego pominięcia oporów powietrza.

Punktowanie: 1 pkt za oba poprawne rozstrzygnięcia; 0 pkt za odpowiedź niepełną lub niepoprawną.

Zadanie 1.22 punktyWariant APrędkość w rzucie pionowym

Na podstawie wykresu oblicz prędkość początkową v₀. Zapisz obliczenia.

Maksymalna wysokość zostaje osiągnięta po 0,8 s; g = 9,81 m/s².

Pokaż odpowiedź
v₀ ≈ 7,85 m/s.

To wartość końcowa wskazana w oficjalnych zasadach oceniania CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 3.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wykorzystaj warunek w najwyższym punkcie

    Po 0,8 s ciało osiąga maksimum wysokości, więc jego chwilowa prędkość jest wtedy równa zeru.

    0=v0−gtmax0=v_0-gt_{max}
  2. 2
    Wyznacz prędkość początkową

    Przenosimy składnik z g na drugą stronę i podstawiamy czas odczytany z wykresu.

    v0=gtmax=9,81⋅0,8=7,848  m/s≈7,85  m/sv_0=gt_{max}=9{,}81\cdot0{,}8=7{,}848\;\text{m/s}\approx7{,}85\;\text{m/s}

Typowy błąd: Podstawienie całego czasu lotu 1,8 s zamiast czasu 0,8 s potrzebnego do osiągnięcia maksymalnej wysokości.

Punktowanie: 2 pkt za poprawną metodę i wynik z jednostką; 1 pkt za poprawną zależność prowadzącą do wyznaczenia v₀.

Zadanie 1.33 punktyWariant AWysokość początkowa w rzucie pionowym

Na podstawie wykresu oblicz wysokość początkową h₀. Zapisz obliczenia.

Na wykresie maksimum przypada dla t = 0,8 s, a uderzenie w podłoże dla t = 1,8 s.

Pokaż odpowiedź
h₀ ≈ 1,8 m.

CKE dopuszcza równoważne metody oparte na równaniach ruchu, symetrii rzutu lub energii.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 5.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Zapisz równanie położenia

    Przyjmujemy poziom podłoża jako h=0. Po czasie 1,8 s ciało uderza w podłoże.

    0=h0+v0t−12gt20=h_0+v_0t-\frac12gt^2
  2. 2
    Podstaw prędkość z poprzedniego zadania

    Używamy v₀=7,848 m/s oraz t=1,8 s.

    h0=12⋅9,81⋅(1,8)2−7,848⋅1,8h_0=\frac12\cdot9{,}81\cdot(1{,}8)^2-7{,}848\cdot1{,}8
  3. 3
    Oblicz wysokość

    Po wykonaniu działań otrzymujemy około 1,77 m, czyli po zaokrągleniu 1,8 m.

    h0≈1,77  m≈1,8  mh_0\approx1{,}77\;\text{m}\approx1{,}8\;\text{m}

Typowy błąd: Pominięcie wysokości początkowej w równaniu ruchu albo użycie znaku plus przy składniku −gt²/2.

Punktowanie: 3 pkt za poprawną metodę i wynik z jednostką; częściowe punkty za poprawnie zapisane etapy wskazane w zasadach CKE.

Warunki do zadań 2.1–2.3

Autorskie streszczenie modelu z arkusza CKE, s. 6–8. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Ciało na nici

Ciało B o masie m jest zamocowane na nierozciągliwej nici długości l i porusza się po okręgu w płaszczyźnie pionowej. Działają na nie siła grawitacji i siła reakcji nici; pomija się opory oraz masę nici.

Zadanie 2.12 punktyWariant ARuch po okręgu i wektory prędkości

Wyznacz konstrukcyjnie środek S okręgu na podstawie dwóch wektorów prędkości i podaj promień l w długościach boku kratki.

Dwa wektory prędkości ciała B narysowane na siatce kwadratowej.
Rysunek z arkusza CKE, strona 6 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
Środek S leży na przecięciu prostych prostopadłych do obu wektorów prędkości; l = 10 długości boku kratki.

Położenie środka musi być zaznaczone konstrukcyjnie na rysunku.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 10.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wykorzystaj kierunek prędkości

    W ruchu po okręgu wektor prędkości jest styczny do toru, dlatego promień poprowadzony do punktu ciała jest do niego prostopadły.

  2. 2
    Skonstruuj środek

    Przez początki obu wektorów prędkości prowadzimy proste prostopadłe. Ich punkt przecięcia jest środkiem S okręgu.

  3. 3
    Odczytaj promień

    Odległość od otrzymanego środka S do położenia ciała obejmuje 10 boków kratki, więc l=10 jednostek kratki.

Typowy błąd: Prowadzenie promieni równolegle do wektorów prędkości zamiast prostopadle do stycznych.

Punktowanie: 2 pkt za poprawną konstrukcję i wartość 10; 1 pkt za poprawną zasadę konstrukcji albo poprawne położenie środka i promień.

Zadanie 2.21 punktWariant ASiły w ruchu po okręgu

Wskaż rysunek poprawnie przedstawiający siłę grawitacji i reakcję nici w najniższym położeniu ciała.

Cztery warianty A–D kierunków i wartości siły grawitacji oraz reakcji nici.
Rysunek z arkusza CKE, strona 7 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
B.

W najniższym położeniu reakcja nici jest skierowana do środka okręgu i ma większą wartość niż siła grawitacji.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 11.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Ustal kierunki sił

    W najniższym punkcie ciężar mg jest skierowany w dół, a napięcie nici Fₙ w górę, ku środkowi okręgu.

  2. 2
    Porównaj wartości

    Wypadkowa skierowana do środka zapewnia przyśpieszenie dośrodkowe, zatem Fₙ−mg=mv²/l>0 i Fₙ>mg. Warunki te spełnia rysunek B.

Typowy błąd: Rysowanie dodatkowej „siły dośrodkowej” obok rzeczywistych sił albo przyjęcie, że napięcie nici jest równe ciężarowi podczas ruchu.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź B.

Zadanie 2.34 punktyWariant ADynamika i energia w ruchu po okręgu

Dla vₘₐₓ/vₘᵢₙ = √3 oblicz iloraz największej i najmniejszej wartości siły reakcji nici Fₙₘₐₓ/Fₙₘᵢₙ.

Pokaż odpowiedź
Fₙₘₐₓ/Fₙₘᵢₙ = 7.

To wynik końcowy podany przez CKE dla modelu opisanego w zadaniu.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 12.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Połącz prędkości zasadą zachowania energii

    Największa prędkość występuje na dole, a najmniejsza na górze. Różnica wysokości wynosi 2l.

    vmax2=vmin2+4glv_{max}^2=v_{min}^2+4gl
  2. 2
    Użyj podanego ilorazu

    Z vₘₐₓ/vₘᵢₙ=√3 mamy vₘₐₓ²=3vₘᵢₙ². Po porównaniu równań otrzymujemy vₘᵢₙ²=2gl oraz vₘₐₓ²=6gl.

  3. 3
    Zapisz równania sił na górze i na dole

    Na górze obie siły są skierowane do środka, a na dole ciężar ma zwrot przeciwny do dośrodkowego.

    Fn,min+mg=mvmin2l,qquadFn,max−mg=mvmax2lF_{n,min}+mg=m\frac{v_{min}^2}{l},qquad F_{n,max}-mg=m\frac{v_{max}^2}{l}
  4. 4
    Oblicz iloraz

    Po podstawieniu prędkości otrzymujemy Fₙ,min=mg i Fₙ,max=7mg.

    Fn,maxFn,min=7mgmg=7\frac{F_{n,max}}{F_{n,min}}=\frac{7mg}{mg}=7

Typowy błąd: Zapisanie tego samego znaku ciężaru w równaniu radialnym na górze i na dole okręgu.

Punktowanie: 4 pkt za poprawną metodę i wynik 7; punkty częściowe za poprawne równania sił i zastosowanie zasady zachowania energii.

Warunki do zadań 3.1–3.2

Autorskie streszczenie modelu z arkusza CKE, s. 9–11. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Walec, lina i ciężarek

Jednorodny walec o masie m_w i promieniu R pełni funkcję bloczka. Na jednym końcu nierozciągliwej liny wisi ciężarek o masie m_c, a do drugiego przyłożono siłę F. Lina nie ślizga się, jej masa jest pomijana, a moment bezwładności walca wynosi I₀ = ½m_wR².

Zadanie 3.11 punktWariant AStatyka bloczka

Gdy bloczek i ciężarek pozostają nieruchome, wybierz wzór na wartość siły F.

  1. A. F = m_c g
  2. B. F = (m_c + m_w)g
  3. C. F = m_c g cos α
  4. D. F = m_c g sin α
Pokaż odpowiedź
A. F = m_c g.

Taką odpowiedź wskazuje klucz CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 15.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Rozpatrz równowagę ciężarka

    Ciężarek pozostaje nieruchomy, więc napięcie liny równoważy jego ciężar: T=m_cg.

  2. 2
    Rozpatrz równowagę momentów bloczka

    Brak przyśpieszenia kątowego oznacza równe momenty napięć po obu stronach bloczka. Zatem F=T=m_cg, czyli odpowiedź A.

Typowy błąd: Dodawanie ciężaru bloczka do siły F mimo że ciężar walca jest równoważony przez jego oś i nie tworzy momentu względem osi obrotu.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź A.

Zadanie 3.24 punktyWariant ADynamika ruchu postępowego i obrotowego

Gdy ciężarek porusza się pionowo w dół z przyśpieszeniem a = ½g, wyznacz F tylko w zależności od g, m_c i m_w.

Pokaż odpowiedź
F = ½g(m_c − ½m_w).

Równoważna postać to F = ½m_cg − ¼m_wg.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 15.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wyznacz napięcie po stronie ciężarka

    Dla ciężarka poruszającego się w dół zapisujemy drugą zasadę dynamiki.

    mcg−T=mca,quada=g2quad\LongrightarrowquadT=12mcgm_cg-T=m_ca,quad a=\frac g2quad\Longrightarrowquad T=\frac12m_cg
  2. 2
    Zapisz równanie ruchu obrotowego walca

    Różnica momentów napięć rozpędza walec. Lina nie ślizga się, więc α=a/R.

    (T−F)R=I0α=12mwR2aR(T-F)R=I_0\alpha=\frac12m_wR^2\frac aR
  3. 3
    Podstaw przyśpieszenie i uprość

    Po skróceniu R i wstawieniu a=g/2 otrzymujemy T−F=m_wg/4.

    F=12mcg−14mwg=12g(mc−12mw)F=\frac12m_cg-\frac14m_wg=\frac12g\left(m_c-\frac12m_w\right)

Typowy błąd: Przyjęcie jednakowego napięcia po obu stronach obracającego się masywnego bloczka; różnica napięć jest właśnie źródłem jego momentu siły.

Punktowanie: 4 pkt za poprawną metodę i wzór; punkty częściowe za poprawne równania dynamiki ciężarka i bloczka oraz relację a = εR.

Warunki do zadań 4.1–4.4

Autorskie streszczenie danych z arkusza CKE, s. 12–14. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Ultradźwiękowa fala płaska

W ośrodku O₁ rozchodzi się fala płaska o stałej amplitudzie, bez uwzględniania pochłaniania. Między powierzchniami falowymi a i b mieści się dziewięć długości fali, a czas przejścia fali między nimi wynosi 0,07 ms.

Zadanie 4.12 punktyWariant ACzęstotliwość fali

Oblicz częstotliwość f opisanej fali ultradźwiękowej.

Pokaż odpowiedź
f ≈ 1,3 · 10⁵ Hz, czyli około 129 kHz.

CKE przyjmuje wynik wynikający z dziewięciu okresów w czasie 0,07 ms.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 20.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Powiąż odległość z liczbą okresów

    Przejście od powierzchni a do b obejmuje dziewięć długości fali, więc trwa dziewięć okresów.

    Δtab=9T\Delta t_{ab}=9T
  2. 2
    Wyznacz okres

    Zamieniamy 0,07 ms na 7·10⁻⁵ s i dzielimy przez 9.

    T=7⋅10−59  sT=\frac{7\cdot10^{-5}}9\;\text{s}
  3. 3
    Oblicz częstotliwość

    Częstotliwość jest odwrotnością okresu.

    f=1T=97⋅10−5≈1,29⋅105  Hz≈129  kHzf=\frac1T=\frac9{7\cdot10^{-5}}\approx1{,}29\cdot10^5\;\text{Hz}\approx129\;\text{kHz}

Typowy błąd: Potraktowanie czasu 0,07 ms jako jednego okresu albo brak zamiany milisekund na sekundy.

Punktowanie: 2 pkt za poprawną metodę i wynik z jednostką; 1 pkt za poprawne powiązanie Δt_ab z dziewięcioma okresami.

Zadanie 4.21 punktWariant ANatężenie fali

Porównaj natężenie fali w połowie odległości między a i b z natężeniem na odcinku b.

  1. A. 4 razy większe
  2. B. 2 razy większe
  3. C. √2 razy większe
  4. D. takie samo
Pokaż odpowiedź
D. Takie samo.

W modelu fala ma ustaloną amplitudę i pominięto pochłanianie.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 21.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Rozpoznaj model fali

    To fala płaska, więc energia nie rozchodzi się po coraz większej powierzchni tak jak dla fali kulistej.

  2. 2
    Uwzględnij założenia zadania

    Amplituda jest stała, a pochłanianie pominięto. Natężenie nie zmienia się z odległością, dlatego poprawna jest odpowiedź D.

Typowy błąd: Automatyczne użycie zależności I∝1/r² właściwej dla fali kulistej mimo że w zadaniu opisano falę płaską.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź D.

Zadanie 4.31 punktWariant ADyfrakcja fali

Wskaż rysunek prawidłowo przedstawiający powierzchnie falowe po przejściu fali płaskiej przez wąską szczelinę.

Cztery warianty A–D powierzchni falowych po przejściu przez szczelinę.
Rysunek z arkusza CKE, strona 13 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
A.

Za wąską szczeliną fala ulega dyfrakcji, a kolejne powierzchnie falowe zachowują jednakowe odstępy w tym samym ośrodku.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 22.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Rozpoznaj dyfrakcję

    Wąska szczelina ma rozmiar porównywalny z długością fali, więc za szczeliną fala rozchodzi się w wielu kierunkach.

  2. 2
    Sprawdź odstępy powierzchni falowych

    Ośrodek i częstotliwość się nie zmieniają, dlatego długość fali pozostaje stała. Poprawny rysunek pokazuje współśrodkowe łuki o równych odstępach — wariant A.

Typowy błąd: Narysowanie prostych powierzchni falowych za wąską szczeliną albo zmiana ich odstępów bez zmiany ośrodka.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź A.

Zadanie 4.43 punktyWariant AZałamanie fali

Dorysuj kierunek biegu i powierzchnie falowe w ośrodku O₂ dla v₁ = 2v₂ oraz podaj λ₁/λ₂.

Fala płaska padająca ukośnie na granicę ośrodków O1 i O2; w O2 należy dorysować kierunek i powierzchnie falowe.
Rysunek z arkusza CKE, strona 14 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
λ₁/λ₂ = 2. W O₂ kierunek biegu załamuje się ku normalnej, a powierzchnie falowe są do niego prostopadłe i rozmieszczone dwa razy gęściej.

Pełna odpowiedź obejmuje zarówno rysunek, jak i wartość ilorazu długości fal.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 22.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Porównaj długości fal

    Na granicy częstotliwość nie zmienia się, a λ=v/f. Skoro v₁=2v₂, długość fali w O₁ jest dwa razy większa.

    λ1λ2=v1v2=2\frac{\lambda_1}{\lambda_2}=\frac{v_1}{v_2}=2
  2. 2
    Ustal kierunek załamania

    W O₂ fala porusza się wolniej, dlatego promień załamuje się ku normalnej do granicy ośrodków.

  3. 3
    Dorysuj powierzchnie falowe

    Powierzchnie muszą być prostopadłe do kierunku biegu. W O₂ odległości między nimi są o połowę mniejsze niż w O₁.

Typowy błąd: Zmiana częstotliwości przy przejściu przez granicę albo narysowanie powierzchni falowych równolegle do kierunku rozchodzenia się fali.

Punktowanie: 3 pkt za poprawny kierunek, poprawne powierzchnie falowe i iloraz 2; po 1 pkt za każdy z tych elementów.

Warunki do zadań 5.1–5.4

Autorskie streszczenie danych z arkusza CKE, s. 15–17. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Planetoida na orbicie eliptycznej

Planetoida R obiega Słońce po orbicie eliptycznej. Jej peryhelium wynosi r_P = 0,81 au, długość osi wielkiej |PA| = 5,62 au, a prędkość w P wynosi 43,29 km/s. Dla Ziemi przyjęto promień orbity 1,0 au i okres 1 rok.

Zadanie 5.11 punktWariant ASiła grawitacji na orbicie

Narysuj wektor siły, z jaką Słońce działa na planetoidę w zaznaczonym położeniu R.

Eliptyczna orbita planetoidy R oraz kołowa orbita Ziemi wokół Słońca S.
Rysunek z arkusza CKE, strona 15 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
Wektor zaczepiony w R i skierowany wzdłuż odcinka RS ku Słońcu S.

Długość wektora może być dowolna.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 24.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wskaż źródło oddziaływania

    Siła grawitacji działająca na planetoidę pochodzi od Słońca i jest siłą centralną.

  2. 2
    Narysuj wektor

    Punkt zaczepienia umieszczamy w R, kierunek wzdłuż RS, a zwrot ku Słońcu S. Długość strzałki nie jest oceniana.

Typowy błąd: Rysowanie wektora stycznie do orbity, czyli w kierunku prędkości, zamiast ku ognisku elipsy zajmowanemu przez Słońce.

Punktowanie: 1 pkt za poprawny punkt zaczepienia, kierunek i zwrot.

Zadanie 5.22 punktyWariant ATrzecie prawo Keplera

Oblicz okres obiegu T_R planetoidy R wokół Słońca. Wynik podaj w latach ziemskich.

Pokaż odpowiedź
T_R ≈ 4,7 roku.

Długość półosi wielkiej orbity planetoidy wynosi 2,81 au.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 25.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wyznacz półoś wielką

    Podana długość osi wielkiej wynosi 5,62 au, więc półoś ma połowę tej wartości.

    aR=5,622=2,81  aua_R=\frac{5{,}62}{2}=2{,}81\;\text{au}
  2. 2
    Zastosuj trzecie prawo Keplera

    Dla orbit wokół tego samego Słońca T²/a³ jest stałe. Dla Ziemi T=1 rok i a=1 au.

    TR2=aR3T_R^2=a_R^3
  3. 3
    Oblicz okres

    Pierwiastkujemy sześcian półosi wielkiej.

    TR=(2,81)3≈4,71  roku≈4,7  rokuT_R=\sqrt{(2{,}81)^3}\approx4{,}71\;\text{roku}\approx4{,}7\;\text{roku}

Typowy błąd: Podstawienie całej osi 5,62 au zamiast półosi 2,81 au do trzeciego prawa Keplera.

Punktowanie: 2 pkt za poprawną metodę i wynik; 1 pkt za poprawne zastosowanie III prawa Keplera i wyznaczenie półosi wielkiej.

Zadanie 5.31 punktWariant APrzyśpieszenie grawitacyjne

Wybierz wyrażenie równe ilorazowi przyśpieszeń planetoidy a_P/a_A.

  1. A. |SA|/|SP|
  2. B. |SP|/|SA|
  3. C. (|SA|/|SP|)²
  4. D. (|SP|/|SA|)²
Pokaż odpowiedź
C. (|SA|/|SP|)².

Przyśpieszenie grawitacyjne jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od Słońca.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 27.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Zapisz zależność od odległości

    Przyśpieszenie wywołane przez Słońce w odległości r ma wartość GM_S/r².

    a=GMSr2a=\frac{GM_S}{r^2}
  2. 2
    Utwórz iloraz

    Stałe GM_S skracają się. Odległość z mianownika ułamka złożonego przechodzi do licznika.

    aPaA=GMS/∣SP∣2GMS/∣SA∣2=(∣SA∣∣SP∣)2\frac{a_P}{a_A}=\frac{GM_S/|SP|^2}{GM_S/|SA|^2}=\left(\frac{|SA|}{|SP|}\right)^2

Typowy błąd: Odwrócenie ilorazu odległości albo pominięcie kwadratu w prawie grawitacji.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź C.

Zadanie 5.43 punktyWariant AMoment pędu na orbicie

Oblicz wartość prędkości v_A planetoidy R w aphelium A.

Pokaż odpowiedź
v_A ≈ 7,3 km/s.

Odległość aphelium od Słońca wynosi r_A = 4,81 au.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 27.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wyznacz odległość aphelium

    Suma odległości peryhelium i aphelium jest równa długości osi wielkiej.

    rA=5,62−0,81=4,81  aur_A=5{,}62-0{,}81=4{,}81\;\text{au}
  2. 2
    Zastosuj zachowanie momentu pędu

    W peryhelium i aphelium prędkość jest prostopadła do promienia wodzącego, więc mr_Pv_P=mr_Av_A.

    vA=vPrPrAv_A=v_P\frac{r_P}{r_A}
  3. 3
    Oblicz prędkość

    Jednostki au skracają się w ilorazie odległości.

    vA=43,29⋅0,814,81≈7,29  km/s≈7,3  km/sv_A=43{,}29\cdot\frac{0{,}81}{4{,}81}\approx7{,}29\;\text{km/s}\approx7{,}3\;\text{km/s}

Typowy błąd: Przyjęcie r_A=5,62 au albo założenie stałej prędkości na orbicie eliptycznej.

Punktowanie: 3 pkt za poprawną metodę i wynik; punkty częściowe m.in. za zasadę zachowania momentu pędu i poprawne wyznaczenie r_A.

Warunki do zadań 6.1–6.3

Autorskie streszczenie danych z arkusza CKE, s. 18–19. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Przemiana A → B

Ustalona masa gazu doskonałego przechodzi po odcinku prostym od A: V = 10·10⁻³ m³, p = 2·10⁴ Pa do B: V = 25·10⁻³ m³, p = 5·10⁴ Pa. Ciepło molowe przy stałej objętości wynosi C_V = 3R/2.

Zadanie 6.11 punktWariant AGaz doskonały i wykres p(V)

Oceń zdania: (1) temperatura bezwzględna zmienia się wprost proporcjonalnie do V²; (2) średnia prędkość cząsteczek gazu wzrasta.

Wykres liniowej przemiany gazu od punktu A do B w układzie ciśnienie–objętość.
Rysunek z arkusza CKE, strona 18 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
P, P.

Oba zdania są prawdziwe.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 32.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Odczytaj zależność p(V)

    Dla punktów A i B iloraz p/V jest taki sam, więc odcinek przemiany leży na prostej p=kV.

  2. 2
    Połącz wykres z temperaturą

    Z równania gazu doskonałego T=pV/(nR). Ponieważ p∝V, otrzymujemy T∝V², więc pierwsze zdanie jest prawdziwe.

    T=pVnR∝V2T=\frac{pV}{nR}\propto V^2
  3. 3
    Oceń ruch cząsteczek

    Średnia prędkość cieplna rośnie jak √T. Objętość i temperatura rosną od A do B, więc drugie zdanie także jest prawdziwe.

Typowy błąd: Uznanie, że temperatura jest proporcjonalna tylko do V, z pominięciem jednoczesnego liniowego wzrostu ciśnienia.

Punktowanie: 1 pkt za oba poprawne rozstrzygnięcia.

Zadanie 6.21 punktWariant ARównanie Clapeyrona

Oblicz iloraz temperatur bezwzględnych T_B/T_A.

Pokaż odpowiedź
T_B/T_A = 6,25 = 25/4.

Obie postacie wyniku są akceptowane przez CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 32.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Zapisz iloraz z równania Clapeyrona

    Dla tej samej liczby moli i tego samego R temperatura jest proporcjonalna do iloczynu pV.

    TBTA=pBVBpAVA\frac{T_B}{T_A}=\frac{p_BV_B}{p_AV_A}
  2. 2
    Podstaw dane z wykresu

    Wspólne potęgi dziesięciu w ciśnieniach i objętościach skracają się.

    TBTA=5⋅252⋅10=12520=6,25=254\frac{T_B}{T_A}=\frac{5\cdot25}{2\cdot10}=\frac{125}{20}=6{,}25=\frac{25}{4}

Typowy błąd: Dzielenie samych ciśnień albo samych objętości zamiast iloczynów pV.

Punktowanie: 1 pkt za wartość 6,25 lub 25/4.

Zadanie 6.34 punktyWariant APierwsza zasada termodynamiki

Oblicz ciepło Q_AB pobrane przez gaz w przemianie A → B.

Pokaż odpowiedź
Q_AB = 2100 J.

To wynik końcowy podany w zasadach oceniania CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 33.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Oblicz zmianę energii wewnętrznej

    Dla C_V=3R/2 mamy ΔU=nC_VΔT=3/2·nRΔT. Z równania gazu nRΔT=p_BV_B−p_AV_A.

    ΔU=32(5⋅104⋅25⋅10−3−2⋅104⋅10⋅10−3)=1575  J\Delta U=\frac32(5\cdot10^4\cdot25\cdot10^{-3}-2\cdot10^4\cdot10\cdot10^{-3})=1575\;\text{J}
  2. 2
    Oblicz pracę gazu

    Praca jest polem pod prostoliniowym wykresem p(V), czyli polem trapezu.

    W=pA+pB2(VB−VA)=2⋅104+5⋅1042⋅15⋅10−3=525  JW=\frac{p_A+p_B}{2}(V_B-V_A)=\frac{2\cdot10^4+5\cdot10^4}{2}\cdot15\cdot10^{-3}=525\;\text{J}
  3. 3
    Zastosuj pierwszą zasadę termodynamiki

    Ciepło pobrane przez gaz pokrywa wzrost energii wewnętrznej i pracę wykonaną przez gaz.

    QAB=ΔU+W=1575+525=2100  JQ_{AB}=\Delta U+W=1575+525=2100\;\text{J}

Typowy błąd: Obliczenie pracy jako p_AΔV albo p_BΔV zamiast pola trapezu pod liniowym wykresem.

Punktowanie: 4 pkt za poprawną metodę i wynik; punkty częściowe za poprawne użycie I zasady termodynamiki, zmianę energii wewnętrznej lub pracę pod wykresem.

Warunki do zadań 7.1–7.2

Autorskie streszczenie układu z arkusza CKE, s. 20–21. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Ładunki w wierzchołkach kwadratu

W trzech wierzchołkach kwadratu o boku a umieszczono ładunki: Q₁ = +Q w lewym dolnym, Q₂ = −Q w lewym górnym i Q₃ = +Q w prawym górnym. Prawy dolny wierzchołek P pozostaje pusty.

Zadanie 7.11 punktWariant ASiła elektrostatyczna

Wskaż prawidłowy kierunek i zwrot wypadkowej siły elektrycznej działającej na ładunek Q₃.

Cztery warianty A–D kierunku wypadkowej siły działającej na Q3.
Rysunek z arkusza CKE, strona 20 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
A.

Taką odpowiedź wskazuje klucz CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 38.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Rozpatrz siłę od Q₂

    Q₂ ma znak przeciwny do Q₃, więc przyciąga Q₃ poziomo w lewo. Odległość wynosi a.

  2. 2
    Rozpatrz siłę od Q₁

    Q₁ i Q₃ są dodatnie, więc odpychają się. Siła od Q₁ jest skierowana po przekątnej w prawo i w górę, a jej wartość jest dwa razy mniejsza z powodu odległości a√2.

  3. 3
    Złóż wektory

    Składowa w lewo od Q₂ przeważa nad prawą składową siły od Q₁, a składowa pionowa pozostaje skierowana w górę. Taki zwrot przedstawia wariant A.

Typowy błąd: Dodawanie wartości sił bez uwzględnienia ich kierunków lub pominięcie większej odległości ładunków leżących na przekątnej.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź A.

Zadanie 7.24 punktyWariant ANatężenie pola elektrycznego

Wyznacz wartość wypadkowego natężenia pola E_P w punkcie P w zależności od a, Q i stałej elektrostatycznej k.

Układ trzech ładunków w kwadracie i pomocnicze kierunki w punkcie P.
Rysunek z arkusza CKE, strona 21 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
E_P = (kQ/a²)(√2 − 1/2).

To postać wzoru podana w oficjalnym schemacie CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 38.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Ustal pola od ładunków w odległości a

    Ładunek Q₁ daje w P pole w prawo, a Q₃ pole w dół. Oba mają wartość E₀=kQ/a².

  2. 2
    Rozłóż pole od Q₂

    Q₂ jest ujemny i leży w odległości a√2, więc pole ma wartość E₀/2 i jest skierowane z P ku Q₂. Każda jego składowa ma wartość E₀/(2√2).

  3. 3
    Dodaj składowe

    Wypadkowe składowe mają jednakowe wartości bezwzględne i przeciwne znaki.

    Ex=E0−E022,qquadEy=−E0+E022E_x=E_0-\frac{E_0}{2\sqrt2},qquad E_y=-E_0+\frac{E_0}{2\sqrt2}
  4. 4
    Oblicz wartość wektora

    Dla składowych o równych modułach wartość wektora jest √2 razy większa od modułu jednej składowej.

    EP=2E0(1−122)=kQa2(2−12)E_P=\sqrt2E_0\left(1-\frac1{2\sqrt2}\right)=\frac{kQ}{a^2}\left(\sqrt2-\frac12\right)

Typowy błąd: Przyjęcie dla ładunku na przekątnej wartości kQ/a² zamiast kQ/(2a²) albo dodanie pól jak skalarów.

Punktowanie: 4 pkt za poprawną metodę i wzór; punkty częściowe za poprawne składowe pól oraz ich wektorowe złożenie.

Warunki do zadań 8.1–8.2

Autorskie streszczenie sytuacji z arkusza CKE, s. 22–23. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Światło w szklanej kuli

Szklana kula o współczynniku załamania 1,50 znajduje się w powietrzu o współczynniku 1,00. Dioda D leży tuż pod powierzchnią i emituje światło do wnętrza. Światło wychodzi tylko przez fragment powierzchni wyznaczony łukiem AB; φ jest kątem ADB.

Zadanie 8.13 punktyWariant AKąt graniczny

Oblicz kąt φ.

Przekrój szklanej kuli z diodą D, środkiem S, łukiem AB i kątem phi.
Rysunek z arkusza CKE, strona 22 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
φ ≈ 83,6° (w zaokrągleniu 84°).

CKE akceptuje także prawidłowy wynik podany w radianach.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 41.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Wyznacz kąt graniczny

    Dla przejścia ze szkła do powietrza sinus kąta granicznego jest ilorazem współczynników załamania ośrodka zewnętrznego i szkła.

    sin⁡αg=npownszk=1,001,50=23\sin\alpha_g=\frac{n_{pow}}{n_{szk}}=\frac{1{,}00}{1{,}50}=\frac23
  2. 2
    Oblicz kąt graniczny

    Z funkcji odwrotnej otrzymujemy około 41,8°.

    αg=arcsin⁡23≈41,8∘\alpha_g=\arcsin\frac23\approx41{,}8^\circ
  3. 3
    Połącz kąt graniczny z geometrią kuli

    Promienie DA i DB są skrajnymi promieniami wychodzącymi z kuli, a konfiguracja jest symetryczna. Kąt φ jest dwa razy większy od α_g.

    φ=2αg≈83,6∘\varphi=2\alpha_g\approx83{,}6^\circ

Typowy błąd: Odwrócenie ilorazu współczynników załamania albo podanie samego kąta granicznego 41,8° zamiast kąta φ.

Punktowanie: 3 pkt za poprawną metodę i wynik; punkty częściowe za identyfikację kąta granicznego i zależność φ = 2α_g.

Zadanie 8.21 punktWariant AZmiana ośrodka i kąt graniczny

Po zanurzeniu kuli w wodzie wybierz zmianę kąta granicznego oraz pola powierzchni, przez którą wychodzi światło.

  1. A. kąt graniczny będzie mniejszy
  2. B. kąt graniczny będzie większy
  3. 1. pole powierzchni się zmniejszy
  4. 2. pole powierzchni się zwiększy
Pokaż odpowiedź
B2 — kąt graniczny będzie większy, a pole powierzchni wyjścia światła się zwiększy.

Pełna odpowiedź wymaga obu wskazań.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 43.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Porównaj kąty graniczne

    Po zanurzeniu ośrodkiem zewnętrznym jest woda o większym współczynniku załamania niż powietrze. Rośnie więc iloraz n_zewn/n_szkło, a wraz z nim kąt graniczny.

  2. 2
    Oceń powierzchnię wyjścia światła

    Większy kąt graniczny tworzy szerszy stożek promieni, które mogą opuścić kulę. Obejmuje on większy fragment powierzchni, dlatego wybieramy B2.

Typowy błąd: Wnioskowanie, że gęstszy optycznie ośrodek zewnętrzny zmniejsza kąt graniczny, bez sprawdzenia wzoru sin α_g=n_zewn/n_szkło.

Punktowanie: 1 pkt za odpowiedź B2.

Zadanie 93 punktyWariant AElektron w polu magnetycznym

Elektron porusza się po okręgu prostopadle do jednorodnego pola o indukcji B = 1,70 mT. Oblicz okres jego obiegu.

Pokaż odpowiedź
T ≈ 2,10 · 10⁻⁸ s.

Prędkość elektronu jest nierelatywistyczna; potrzebne stałe należy przyjąć z tablic egzaminacyjnych.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 43.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Porównaj siłę Lorentza z dośrodkową

    Elektron porusza się prostopadle do pola, więc wartość siły magnetycznej wynosi evB i pełni rolę siły dośrodkowej.

    evB=mev2revB=\frac{m_ev^2}{r}
  2. 2
    Połącz promień z okresem

    Z równania sił otrzymujemy r=m_ev/(eB), a okres ruchu po okręgu to 2πr/v. Prędkość skraca się.

    T=2πrv=2πmeeBT=\frac{2\pi r}{v}=\frac{2\pi m_e}{eB}
  3. 3
    Podstaw stałe

    Używamy m_e=9,11·10⁻³¹ kg, e=1,60·10⁻¹⁹ C oraz B=1,70·10⁻³ T.

    T=2π⋅9,11⋅10−311,60⋅10−19⋅1,70⋅10−3≈2,10⋅10−8  sT=\frac{2\pi\cdot9{,}11\cdot10^{-31}}{1{,}60\cdot10^{-19}\cdot1{,}70\cdot10^{-3}}\approx2{,}10\cdot10^{-8}\;\text{s}

Typowy błąd: Pozostawienie prędkości w wyniku mimo że okres cyklotronowy w tym modelu od niej nie zależy, albo brak zamiany mT na T.

Punktowanie: 3 pkt za poprawną metodę i wynik; punkty częściowe za utożsamienie siły Lorentza z siłą dośrodkową i użycie związku z okresem.

Zadanie 103 punktyWariant AEnergia relatywistyczna

Cząstka β⁻ ma energię kinetyczną 1,311 MeV i energię spoczynkową 0,511 MeV. Oblicz v/c do dwóch cyfr znaczących.

Pokaż odpowiedź
v/c ≈ 0,96.

Wymagane jest zaokrąglenie do dwóch cyfr znaczących.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 45.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Oblicz energię całkowitą

    Energia całkowita jest sumą energii spoczynkowej i kinetycznej.

    E=E0+Ek=0,511+1,311=1,822  MeVE=E_0+E_k=0{,}511+1{,}311=1{,}822\;\text{MeV}
  2. 2
    Wyznacz współczynnik Lorentza

    Z E=γE₀ otrzymujemy γ jako iloraz energii całkowitej i spoczynkowej.

    γ=EE0=1,8220,511≈3,57\gamma=\frac{E}{E_0}=\frac{1{,}822}{0{,}511}\approx3{,}57
  3. 3
    Oblicz v/c

    Korzystamy z γ=1/√(1−β²), gdzie β=v/c.

    vc=β=1−1γ2≈0,960≈0,96\frac vc=\beta=\sqrt{1-\frac1{\gamma^2}}\approx0{,}960\approx0{,}96

Typowy błąd: Podstawienie samej energii kinetycznej do wzoru E=γmc² zamiast użycia energii całkowitej.

Punktowanie: 3 pkt za poprawną metodę i wynik 0,96; punkty częściowe za poprawne związki między energią całkowitą, kinetyczną i spoczynkową.

Warunki do zadań 11.1–11.3

Autorskie streszczenie danych z arkusza CKE, s. 26–27. Otwórz oryginalny arkusz CKE.

Rozpad neonu-23

Izotop ²³Ne ulega przemianie β⁻. Powstają elektron, jądro pierwiastka X oraz antyneutrino elektronowe o zerowym ładunku; jego masę można pominąć.

Zadanie 11.12 punktyWariant ARozpad beta minus

Uzupełnij równanie rozpadu β⁻ jądra ²³₁₀Ne: podaj liczbę masową, atomową oraz symbol lub nazwę pierwiastka X.

Pokaż odpowiedź
X = ²³₁₁Na — sód.

W przemianie β⁻ liczba masowa pozostaje 23, a liczba atomowa rośnie z 10 do 11.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 47.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Zachowaj liczbę masową

    W rozpadzie β⁻ neutron zmienia się w proton, elektron i antyneutrino. Liczba nukleonów jądra pozostaje równa 23.

  2. 2
    Zachowaj ładunek

    Emitowany elektron ma liczbę atomową −1, więc jądro potomne musi mieć Z=11, aby suma po prawej stronie wynosiła 10.

    10=11+(−1)+010=11+(-1)+0
  3. 3
    Rozpoznaj pierwiastek

    Pierwiastek o liczbie atomowej 11 to sód, zatem jądrem potomnym jest ²³₁₁Na.

Typowy błąd: Zmniejszenie liczby atomowej jak w rozpadzie β⁺ albo zmiana liczby masowej mimo niezmienionej liczby nukleonów.

Punktowanie: 2 pkt za poprawne liczby i pierwiastek; 1 pkt za poprawne jądro albo poprawny symbol/nazwę pierwiastka.

Zadanie 11.21 punktWariant ABilans energii w rozpadzie

Oceń zdania: (1) masa jądra ²³Ne jest większa od sumy mas produktów rozpadu; (2) produkty rozpadu uzyskują energię kinetyczną.

Pokaż odpowiedź
P, P.

Oba zdania są prawdziwe.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 48.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Porównaj masy przed i po rozpadzie

    Rozpad zachodzi samorzutnie i uwalnia energię, więc masa spoczynkowa jądra początkowego jest większa od sumy mas spoczynkowych produktów. Pierwsze zdanie jest prawdziwe.

  2. 2
    Zastosuj równoważność masy i energii

    Ubytek masy Δm odpowiada energii Q=Δmc², która pojawia się głównie jako energia kinetyczna produktów. Drugie zdanie także jest prawdziwe.

Typowy błąd: Założenie, że zasada zachowania energii wymaga równości samych mas spoczynkowych, bez uwzględnienia energii kinetycznej produktów.

Punktowanie: 1 pkt za oba poprawne rozstrzygnięcia.

Zadanie 11.34 punktyWariant ACzas połowicznego rozpadu z wykresu

Na podstawie wykresu log₁₀m od czasu oblicz czas połowicznego rozpadu jąder ²³Ne.

Liniowy wykres logarytmu dziesiętnego masy neonu-23 od czasu w minutach.
Rysunek z arkusza CKE, strona 27 · kliknij, aby powiększyć
Pokaż odpowiedź
T mieści się w przedziale 0,60–0,65 min (około 0,62 min).

Przedział wyniku jest zgodny z oficjalnymi zasadami oceniania CKE.

Źródło odpowiedzi: zasady oceniania CKE, strona PDF 48.

Rozwiązanie krok po kroku
  1. 1
    Przetłumacz połowiczny spadek na skalę logarytmiczną

    Po czasie połowicznego rozpadu masa maleje z m₀ do m₀/2. Na osi log₁₀ oznacza to spadek o log₁₀2≈0,301.

    log⁡10m02=log⁡10m0−log⁡102≈log⁡10m0−0,301\log_{10}\frac{m_0}{2}=\log_{10}m_0-\log_{10}2\approx\log_{10}m_0-0{,}301
  2. 2
    Odczytaj poziomy na wykresie

    Wybieramy dowolny punkt prostej odpowiadający log₁₀m₀, a następnie znajdujemy niższy poziom o 0,301.

  3. 3
    Odczytaj różnicę czasów

    Poziome przejście do prostej i rzut na oś czasu daje różnicę około 0,62 min, mieszczącą się w akceptowanym przedziale 0,60–0,65 min.

Typowy błąd: Dzielenie wartości log₁₀m przez dwa; połowiczny spadek masy oznacza odjęcie log₁₀2, a nie podzielenie logarytmu.

Punktowanie: 4 pkt za poprawną metodę i wynik w przedziale; punkty częściowe za poprawne odczytanie log₁₀m₀ i wyznaczenie wartości odpowiadającej połowie masy.

Status redakcyjny

Komplet podpunktów opracowany w HTML

  1. 1

    Ekstrakcja pytań. 28 jednostek zadaniowych zapisano w drafcie redakcyjnym.

  2. 2

    Odpowiedzi i rozwiązania. 28 z 28 jednostek wariantów ma odpowiedź, trzy podpowiedzi, tok rozumowania, punktowanie i typowy błąd.

  3. 3

    Weryfikacja. Porównamy całość z oficjalnymi zasadami CKE przed indeksacją.

28 z 28 jednostek wariantów ma odpowiedź · 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.