*M * FIZIKA. Izpitna pola 2. Četrtek, 5. junij 2008 / 105 minut SPOMLADANSKI IZPITNI ROK

Transcript

1 Š i f r a k a n d i d a t a : Državni izpitni center *M814111* SPOMLADANSKI IZPITNI ROK FIZIKA Izpitna pola Četrtek, 5. junij 8 / 15 minut Dovoljeno gradivo in pripomočki: Kandidat prinese nalivno pero ali kemični svinčnik, svinčnik HB ali B, radirko, šilček, računalo brez grafičnega zaslona in možnosti računanja s simboli ter geometrijsko orodje. Kandidat dobi dva ocenjevalna obrazca. Priloga s konstantami in enačbami je na perforiranem listu, ki ga kandidat pazljivo iztrga. SPLOŠNA MATURA NAVODILA KANDIDATU Pazljivo preberite ta navodila. Ne odpirajte izpitne pole in ne začenjajte reševati nalog, dokler vam nadzorni učitelj tega ne dovoli. Prilepite kodo oziroma vpišite svojo šifro (v okvirček desno zgoraj na tej strani in na ocenjevalna obrazca). Izpitna pola vsebuje 5 strukturiranih nalog, od katerih izberite 4. Število točk, ki jih lahko dosežete, je 4; vsaka naloga je vredna 1 točk. Pri reševanju si lahko pomagate s podatki iz periodnega sistema na strani ter s konstantami in enačbami v prilogi. V preglednici z "x" zaznamujte, katere naloge naj ocenjevalec oceni. Če tega ne boste storili, bo ocenil prve štiri naloge, ki ste jih reševali Rešitve, ki jih pišite z nalivnim peresom ali s kemičnim svinčnikom, vpisujte v izpitno polo v za to predvideni prostor. Pišite čitljivo. Če se zmotite, napisano prečrtajte in rešitev zapišite na novo. Nečitljivi zapisi in nejasni popravki bodo ocenjeni z nič () točkami. Pri reševanju nalog mora biti jasno in korektno predstavljena pot do rezultata z vsemi vmesnimi računi in sklepi. Če ste nalogo reševali na več načinov, jasno označite, katero rešitev naj ocenjevalec oceni. Poleg računskih so možni tudi drugi odgovori (risba, besedilo, graf...). Zaupajte vase in v svoje zmožnosti. Želimo vam veliko uspeha. Ta pola ima strani, od tega 3 prazne. RIC 8

2 M PERIODNI SISTEM ELEMENTOV I VIII 1,1 4, H He vodik helij 1 II III IV V VI VII 6,94 9,1 relativna atomska masa 1,8 1, 14, 16, 19,, Li Be simbol B C N O F Ne litij berilij ime elementa bor ogljik dušik kisik fluor neon 3 4 vrstno število , 4,3 7, 8,1 31, 3,1 35,5 4, Na Mg Al Si P S Cl Ar natrij magnezij aluminij silicij fosfor žveplo klor argon ,1 4,1 45, 47,9 5,9 5, 54,9 55,9 58,9 58,7 63,6 65,4 69,7 7,6 74,9 79, 79,9 83,8 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr kalij kalcij skandij titan vanadij krom mangan železo kobalt nikelj baker cink galij germanij arzen selen brom kripton ,5 87,6 88,9 91, 9,9 95,9 (97) Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe rubidij stroncij itrij cirkonij niobij molibden tehnecij rutenij rodij paladij srebro kadmij indij kositer antimon telur jod ksenon (9) (1) () Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn cezij barij lantan hafnij tantal volfram renij osmij iridij platina zlato živo srebro talij svinec bizmut polonij astat radon (3) (6) (7) (61) (6) (66) (64) (69) (68) Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt francij radij aktinij rutherfordij dubnij seaborgij bohrij hassij meitnerij cerij 58 3 torij prazeodim 59 (31) protaktinij neodim 6 38 uran 9 (145) prometij 61 (37) neptunij samarij 6 (44) plutonij Lantanoidi Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu evropij 63 (43) Aktinoidi Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr americij gadolinij 64 (47) kirij terbij 65 (47) berkelij disprozij 66 (51) kalifornij holmij 67 (54) einsteinij erbij 68 (57) fermij tulij 69 (58) mendelevij iterbij 7 (59) nobelij lutecij 71 (6) lavrencij 13

3 M KONSTANTE IN ENAČBE težni pospešek hitrost svetlobe osnovni naboj Avogadrovo število splošna plinska konstanta g 9, 81 m s 8 1 c 3, 1 m s 19 e 1, 6 1 A s 6 1 N A 6, 1 kmol R 8, 31 1 J kmol K gravitacijska konstanta G 11 6,67 1 N m kg influenčna konstanta indukcijska konstanta Boltzmannova konstanta Planckova konstanta Stefanova konstanta atomska enota mase ε 8, 85 1 A s V m μ 4π 1 VsA m 3 1 k 1, 38 1 J K h 6, 63 1 J s 4,14 1 ev s 8 4 σ 5, 67 1 W m K 7 1u 1, 66 1 kg; za m 1 u je mc 931,5 MeV GIBANJE s vt s vt at s v t + v v + at v v + as 1 ω π ν π t v ωr a r ω r s s sin ωt v ωs cos ωt a ω s sin ωt SILA mm F G r t 3 r F 1 konst. ks F ps F ktfn F ρgv F G ma mv FΔt ΔG M r F M rf sin α p ρgh Γ J ω Mt Γ ENERGIJA A F s W W k p mv mgh ks Wpr A P t A W + W + W Δ k Δ p Δ pr A pδv ρv p + + ρgh konst.

4 4 M ELEKTRIKA e I t ee F 4 π F ee E σe ε 1 ε r Ae U E s e e σe S e CU ε S C l CU We We we V ε E we U RI ζl R S P UI MAGNETIZEM F Il B F IlBsin α F ev B μ I B π r μ NI B l M NISBsin α Φ B S BS cos α U i U ωsbsin ωt U i i lvb ΔΦ Δt Φ L I μ N S L l LI Wm B wm μ NIHANJE IN VALOVANJE m t π k l t π g t π LC c λν Nλ sin α d P j S E cb j wc 1 j ε E c j jcos α v ν ν (1 ± ) c ν ν v 1 c TOPLOTA m n M pv nrt Δ Δ l αlδt V βvδt A+ Q ΔW Q cmδt Q qm 3 W kt ΔT P λs Δl 4 j σt OPTIKA c n c sin α c n sin β c n f a b 1 1 MODERNA FIZIKA W f f f min hν W A + W W λ Δ W i ΔW 1/ N N N e ln λ t n hc eu Δmc k t t 1/ A Nλ λt

5 M Prazna stran OBRNITE LIST.

6 6 M NALOGA Na vrvico obesimo utež tako, kakor kaže spodnja slika. Teža uteži je N. Kot, ki ga tvorita simetrično ležeča poševna odseka vrvice, označimo z ϕ. Pri poskusu merimo kot ϕ in silo, s katero je v ravnovesnem stanju uteži napeta vrv. Masa škripca je zanemarljivo majhna v primerjavi z maso uteži. Rezultati poskusa so zbrani v spodnji preglednici. F v [ N] ϕ [ ] 1, 1, 11, 5 3, 13, 4, 15, 6 5,, 6, 9, 5 7, x x 1 cosϕ ϕ 1. Dopolnite razpredelnico tako, da izračunate ustrezne vrednosti spremenljivke x in jih zapišete v tretji stolpec.. Narišite graf, ki kaže silo, s katero je napeta vrv v odvisnosti od spremenljivke x. Za vsak par podatkov iz razpredelnice vrišite točko v koordinatni sistem in narišite premico, ki se točkam najbolje prilega. (3 točke)

7 M Izračunajte smerni koeficient premice, ki se najbolje prilega točkam v grafu. Ne pozabite na enoto smernega koeficienta. 4. Iz grafa določite velikost sile, s katero je napeta vrv takrat, ko je vrednost spremenljivke, 4 x. Obravnavamo primer, ko je utež v ravnovesju pri nekem poljubnem kotu ϕ. Razmere lahko poenostavite tako, da obravnavate tri sile, ki prijemljejo v skupni točki T. ϕ T 5. Na zgornjo skico narišite sile, ki delujejo v točki T, in jih označite z ustreznimi oznakami. Z enačbo zapišite zvezo med silo v vrvi ( F v ), težo uteži ( F g ) in kotom, ki ga oklepa posamezen poševni odsek vrvi z navpičnico ( ϕ ). ( točki)

8 8 M Največja sila, s katero lahko še obremenimo vrvico, da se pri tem ne raztrga, znaša F 1 N. Teža uteži je N. 6. Izračunajte največji kot ( ϕ ), ki ga še lahko oklepa vrvica z navpičnico pri pogojih, kakršni veljajo pri opisanem poskusu. 7. Na podlagi zapisa podatkov v razpredelnici izračunajte relativno napako, s katero je bila izmerjena sila takrat, ko je oklepala vrvica z navpičnico kot ϕ 3.

9 M NALOGA 1. Z enačbo zapišite izrek o gibalni količini in pojasnite količine, ki nastopajo v zapisu. Avto na vzmet miruje na ravni podlagi, 14 cm pred stopnico. Masa avta je, 4 kg, nanj pa položimo še kocko z maso, 3 kg (gl. sliko). Najprej navijemo vzmet do konca in pri tem opravimo 1, J dela. Nato avto spustimo, da spelje. Avto s kocko se najprej giblje 1 enakomerno pospešeno, ko pa se vzmet odvije, se gibljeta s stalno hitrostjo 1, 7 m s.. Izračunajte, koliko % dela, ki smo ga opravili pri navijanju vzmeti, se je spremenilo v kinetično energijo avta s kocko. 3. Izračunajte pospešek avta med pospeševanjem, če vemo, da je dosegel končno hitrost po 7 cm vožnje. 4. Izračunajte, koliko časa se je avto gibal enakomerno pospešeno.

10 1 M Izračunajte čas, ki ga je avto potreboval za celotno pot od starta do stopnice. 6. Narišite graf, ki kaže časovno odvisnost hitrosti med gibanjem avta na poti od starta do stopnice. ( točki) v [ 1 ms ] t [] s Ko avto prispe do stopnice, se vanjo zaleti in obmiruje na mestu. Ker je višina stopnice enaka višini avta, kocko pri trku odnese na stopnico, kjer še nekaj časa drsi in se končno ustavi. Trenje med kocko in avtom je zanemarljivo, koeficient trenja med kocko in stopnico pa je k t, 3. x 7. Izračunajte povprečno silo na avto med trkom s stopnico, če vemo, da se je avto ustavil v času 5, ms. 8. Izračunajte, kako daleč se kocka premakne pri drsenju po stopnici. ( točki)

11 M NALOGA 1. Z enačbo zapišite izraz za upor žice in pojasnite količine, ki nastopajo v enačbi. 1 Iz uporovne žice, ki ima specifični upor, 45 Ω mm m, naredimo električni grelnik ter ga priključimo zaporedno z upornikom in virom napetosti v električni krog, kakor kaže slika. Upor upornika je R u, 5 Ω, napetost vira je 9, V, notranji upor vira pa je zanemarljiv. Presek žice v grelniku je, 5 1 mm. Skozi grelnik teče tok 1, 6 A. Privzemite, da se upor grelnika s temperaturo ne spreminja. Grelnik R u +. Izračunajte padec napetosti na grelniku. ( točki) 3. Izračunajte upor grelnika. 4. Izračunajte dolžino žice v grelniku.

12 1 M Izračunajte električno moč, ki jo porablja grelnik. Grelnik uporabimo v novem vezju s kondenzatorjem, ki ga kaže spodnja slika. Ko je stikalo v legi 1, nabijemo kondenzator z napetostjo 36 V. Pri tej napetosti je električna energija kondenzatorja enaka 1 J Izračunajte kapaciteto kondenzatorja.

13 M Grelnik je nameščen v posodi, ki ima prostornino 3 1, dm. Zrak v posodi ima na začetku enako temperaturo kakor okoliški zrak. Ko prestavimo stikalo v lego, pretočimo naboj s 3 kondenzatorja skozi grelnik, zato se zrak v posodi segreje. Gostota zraka je 1, kg m in 1 1 njegova specifična toplota pri stalni prostornini 7 J kg K. 7. Izračunajte, za koliko se segreje zrak v posodi. Privzemite, da se vsa energija kondenzatorja porabi za segrevanje zraka. ( točki) Da bi vzdrževali povečano temperaturo zraka v posodi, bi moral grelnik oddajati konstanten toplotni tok 8, W. Površina sten posode je 6 cm in njihova debelina 3, mm. 8. Izračunajte koeficient toplotne prevodnosti snovi, iz katere je posoda.

14 14 M NALOGA Na vodni gladini se pozibava račka, tako da povzroča nastanek vodnih valov s frekvenco 1 1, 5 Hz. Hitrost valov je konstantna in meri, 3 m s. 1. Izračunajte valovno dolžino valov.. Narišite graf, ki kaže odmik vodne gladine v odvisnosti od časa za točko, v kateri je amplituda valovanja enaka, 5 cm. ( točki) y [ cm] 1,, t [] s Pol metra od prve račke se sočasno in z enako frekvenco pozibava še druga račka. Valovanji, ki ju ustvarjata, se sestavita. 3. Izračunajte, koliko je vseh smeri, v katerih se valovanji ojačita. 4. Izračunajte kote, pod katerimi se glede na simetralo veznice med račkama pojavijo pasovi ojačanega valovanja. ( točki)

15 M V sliko vrišite smeri ojačitve valovanja. 1. račka. račka Druga račka odplava stran od prve s hitrostjo tem še vedno ustvarja valove z enako frekvenco kakor prej. 1 cm s v smeri, kakor kaže slika, in pri v 1. račka, ki je ostala na mestu. račka, ki je odplavala proč 6. Izračunajte, s kolikšno frekvenco prihajajo valovi račke, ki je odplavala, proti rački, ki je ostala na mestu.

16 16 M Na sliki so v tlorisu označene točke, v katerih so med oddaljevanjem račke nastajali valovi. Točka A označuje začetno lego račke, do točke B priplava po dveh sekundah plavanja. v mirujoča račka A začetna lega plavajoče račke B lega račke po dveh sekundah plavanja 7. Na zgornjo sliko narišite valove, ki jih je ustvarila premikajoča se račka v dveh sekundah od začetka oddaljevanja od mirujoče račke. Narišite sliko valov za tisti trenutek, ko je plavajoča račka v točki, označeni s črko B. Čez nekaj časa odplava tudi prva račka naravnost za drugo tako, da se gibljeta po isti 1 premici. Hitrost te račke je 1 cm s. 8. Izračunajte, s kolikšno frekvenco prihajajo valovi te račke proti drugi rački, torej tisti, ki je najprej odplavala.

17 M NALOGA 1. Ko z ustrezno svetlobo posvetimo na kovino, pride do fotoefekta. Z besedami opišite bistvo dogajanja pri tem pojavu. S svetlobo iz laserja svetimo na katodo fotocelice. Valovna dolžina te laserske svetlobe je 45 nm in njena moč 1, mw. Izstopno delo za kovino, ki je na površini katode, je 1, 8 ev.. Ali je svetloba tega laserja modra, rumena ali rdeča? 3. Izračunajte energijo fotonov te svetlobe. 4. Izračunajte, koliko fotonov vsako sekundo zapusti ta laser. ( točki) 5. Izračunajte največjo kinetično energijo elektronov, ki izstopijo iz katode.

18 18 M Izračunajte, kolikšna je mejna vrednost zaporne napetosti, ki jo moramo priključiti na fotocelico, da ustavimo električni tok med katodo in anodo. A + 7. Ali je mejna vrednost zaporne napetosti večja, enaka ali manjša, če laser nadomestimo z drugim, ki ima valovno dolžino 55 nm? Utemeljite odgovor. 8. Slika kaže graf odvisnosti maksimalne kinetične energije elektronov od frekvence uporabljene svetlobe. V isti graf vrišite premico, ki bi jo dobili, če bi ponovili poskus s fotocelico, katere katoda ima izstopno delo 3, ev. ( točki) W ke [ 1, ev ] ν [ 14 1 Hz] 3

19 M Prazna stran

20 M Prazna stran