ТАКМИЧЕЊЕ ИЗ ФИЗИКЕ УЧЕНИКА ОСНОВНИХ ШКОЛА ШКОЛСКЕ 2012/2013. ГОДИНЕ. која се троши на његово загревање након затварања прекидача.

Transcript

1 ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. Друштво физичара Србије VIII Министарство просвете, науке и технолошког РАЗРЕД развоја Републике Србије ЗАДАЦИ. Отпорности у струјном колу приказаном на слици износе R.8, R и R 3. Електромоторна сила извора је.8 V, а амперметар 3 показује струју од I 0.48 A. Одредити унутрашњу отпорност извора и снагу која се троши на његово загревање након затварања прекидача. (0 поена) ДРЖАВНИ НИВО Општа одељења Кондензаторски систем је начињен од три металне плоче, димензија a = 50 и b = 00, као на слици. Простори између металних плочица су испуњени са по две плочице исте дебљине d = 0,05, али различитих релативних диелектричних пропустљивости ε r = 7 (област ) и ε r = 4,5 (област ). Прва и трећа метална плочица су кратко спојене и чине један крај кондензаторског система (А). Други крај кондензаторског система чини средња метална плочица (B). Ако је јачина поља у диелектрицима већа од неке критичне вредности, долази до пробоја диелектрика (уништења кондензатора). Критичне вредности за пробој диелектрика износе Е kr = 0 kv/c и Е kr = 80 kv/c. Одредити максимално наелектрисање које сме да се доведе на кондензаторски систем да не дође до његовог уништења. (0 поена) 3. Сабирно сочиво даје имагинаран лик предмета увећан четири пута. Израчунати како и колико ће се променити увећање предмета u, ако се растојање од предмета до сочива p смањи један и по пута? (0 поена) 4. Оловна куглица, која се креће кроз ваздух хоризонтално, брзином v = 500 /s, улеће у препреку, пробија је, и излази из ње брзином v = 400 /s. Температура куглице пре уласка у препреку је износила Т = 353 K. Током проласка кроз препреку на загревање (повећање унутрашње енергије) куглице утроши се /3 укупно извршеног рада над њом. Колика је температура куглице при изласку из препреке? Специфични топлотни капацитет олова је 0 J/kgK. (0 поена) 5. У табели је приказана зависност убрзања a, тела масе, од вучне силе која га убрзава. Поред ове силе, на тело делује и сила трења, која га успорава. Написати формулу зависности убрзања тела од вучне силе. Према датим подацима нацртати график зависности убрзања тела a од вучне силе. Са графика одредити масу тела. Грешку масе не треба одређивати, као ни силу трења. (0 поена) N a /s Константе: диелектрична пропустљивост вакуума је Напомене: Сва решења детаљно објаснити! Занемарити утицај гравитационе силе. C /N Задатке припремио: Милош Бургер, Физички факултет, Београд Рецензент: доц. др Маја Стојановић, ПМФ, Нoви Сад Председник комисије: проф. др Мићо Митровић, Физички факултет, Београд Свим такмичарима желимо успешан рад!

2 VIII РАЗРЕД ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. Друштво Физичара Србије Министарство просвете, науке и технолошког развоја Србије Решења ДРЖАВНИ НИВО Општа одељења Напони су једнаки на оба отпорника, па је R I R I, (3 п). I 0.3 A ( ). Струја кроз извор изнoси Омовом закону је R R 3 I I I 0.8 A (.5+0.5). Екв. отпорност дела кола је R. 3,3 R R I R R,3 r R R I 3 3 ( п). По (4 п), па је r R R 0. 5 ( п). P ri 0.3 W (3+).. I Начин: Овако повезане металне плочице, са различитим диелектрицима између њих, граде мешовиту везу кондензатора. Сваки пар плочица, због различитих диелектрика, смештених вертикално између њих, граде по два редно везана кондензатора I,3 = 6, n, и 3,98 n (5п), еквивалентног капацитета,4 n (3п). Имамо још и паралену везу кондензатора, (5п) тако да је укупни капацитет тако начињеног кондензатора 4,84 n (п). Ако би смо довели на систем толики напон да јачина ел. поља у првој области буде мало мања од критичне ( ), тада би смо у другој области, због и имали јачину електричног поља, што је много веће од, па би неминовно дошло до пробоја диелектрика. Значи максимални напон, на који се сме прикључити систем одређује диелектрична пропустљивост слабијег диелектрика ( је (5п) Максимално наелектрисање које се сме довести систему, те II Начин: Због редне везе кондензатора, па ако би јачина електричног поља била. а ако би јачина електричног поља била Када би смо довели на систем толики напон да јачина ел. поља у првој области буде, тада би смо у другој области, због и имали јачину електричног поља, што је много веће од, па би неминовно дошло до пробоја диелектрика. Максимално наелектрисање које се сме довести систему одређује диелектрична пропустљивост слабијег диелектрика (, из чега следи да је. 3. Увећање сочива је у првом случају, ( п) и ( ) (3 п) (имагинаран лик), а у другом случају је, када се смањи растојање, = ( п) и ( ) (3 п). Следи да је ( ) ( ) ( п), а како је ( п) добијамо каначан израз за увећање (4 п). Увећање ће се примицањем предмета сочиву смањити 50 % ( п). 4. При проласку кроз препреку, куглица изврши рад: ( ) (5 п). Део

3 тог рада претвара у топлоту ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. је: ( ) ( п), па је (3 п), која загрева куглицу. Из услова задатка следи да ( ) изласку из препреке је: 478 К = 05 (5 п). 5 К (5 п). Температура куглице по 5. Други Њутнов закон за посматрано кретање има облик a, одакле је a Из ове једначине и са графика видимо да је коефицијент правца посматране зависности: 5,6 ( ) a a a kg k,5 (5п), одакле је маса тела kg N 0 N kg k.509 k a a a Исправно нацртан график (6п) N 0 N ,6 ( ) kg или (0п) (4п) (5п), Свим члановима комисије желимо успешан рад!

4 ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ.

5 VIII РАЗРЕД ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. Друштво физичара Србије Министарство просвете, науке и технолошког развоја Републике Србије ЗАДАЦИ ДРЖАВНИ НИВО Посебна одељења Одредити у електричном колу (слика ) интензитет електромоторне силе ε 3, тако да идеални волтметар показује увек исти напон, без обзира на положај прекидача. Отпорности у колу су повезани релацијом: R 3 = R + R, а разлика интензитета преостале две електромоторне силе V. (0 поена). Кондензаторски систем је начињен од три металне плоче, димензија a = 50 и b = 00 (слика ). Простори између металних плочица су испуњени са по две плочице исте дебљине d = 0,05, али различитих релативних диелектричних пропустљивости ε r = 7 (област ) и ε r = 4,5 (област ). Прва и трећа метална плочица су кратко спојене и чине један крај кондензаторског система (А). Други крај кондензаторског система чини средња метална плочица (B). Ако је јачина поља у диелектрицима већа од неке критичне вредности, долази до пробоја диелектрика (уништења кондензатора). Критичне вредности за пробој диелектрика износе Е kr = 0 kv/c и Е kr = 80 kv/c. Одредити максимално наелектрисање које сме да се доведе на кондензаторски систем да не дође до његовог уништења. (0 поена) 3. Сабирно сочиво даје имагинаран лик предмета увећан четири пута. Израчунати како и колико ће се променити увећање предмета u, ако се растојање од предмета до сочива p смањи један и по пута? (0 поена) 4. Оловна куглица, која се креће кроз ваздух хоризонтално, брзином v = 500 /s, улеће у препреку, пробија је, и излази из ње брзином v = 400 /s. Температура куглице пре уласка у препреку је износила Т = 353 K. Током проласка кроз препреку на загревање (повећање унутрашње енергије) куглице утроши се /3 укупно извршеног рада над њом. Колика је температура куглице при изласку из препреке? Специфични топлотни капацитет олова је 0 J/kgK. (0 поена) 5. У табели је приказана зависност убрзања a, тела масе, од вучне силе која га убрзава. Поред ове силе, на тело делује и сила трења, која га успорава. Написати формулу зависности убрзања тела од вучне силе. Према датим подацима нацртати график зависности убрзања тела a од вучне силе. Са графика одредити масу тела и силу трења. Грешке не треба одређивати. (0 поена) N a /s Константе: диелектрична пропустљивост вакуума C /N Напомена: Сва решења детаљно објаснити! Занемарити утицај гравитационе силе. Слика Слика Задатке припремио: Милош Бургер, Физички факултет, Београд Рецензент: доц. др Маја Стојановић, ПМФ, Нoви Сад Председник комисије: проф. др Мићо Митровић, Физички факултет, Београд Свим такмичарима желимо успешан рад!

6 VIII РАЗРЕД ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. Друштво физичара Србије Министарство просвете, науке и технолошког развоја Србије Решења ДРЖАВНИ НИВО Посебна одељења Да би волтметар показивао увек исту вредност, без обзира на положај прекидача, потребан услов је да напон између тачака а и b, буде 0 V (5 п). Одредимо смерове свих емс и претпоставимо смер струје у ел.колу. Затим пишемо једначину: (3 п), из које следи да је јачина струје у колу ( п). Како је напон (3 п), следи да је, па је електромоторна сила следи да је V (5 п). ( ) ( п). Пошто је условима задатка V, а. I Начин: Овако повезане металне плочице, са различитим диелектрицима између њих, граде мешовиту везу кондензатора. Сваки пар плочица, због различитих диелектрика, смештених вертикално између њих, граде по два редно везана кондензатора = 6, n, и 3,98 n (5п), еквивалентног капацитета,4 n (3п). Имамо још и паралену везу кондензатора, (5п) тако да је укупни капацитет тако начињеног кондензатора 4,84 n (п). Ако би смо довели на систем толики напон да јачина ел. поља у првој области ( ) буде мало мања од критичне ( ), тада би смо у другој области ( ), због и имали јачину електричног поља, што је много веће од, па би неминовно дошло до пробоја диелектрика. Значи максимални напон, на који се сме прикључити систем одређује диелектрична пропустљивост слабијег диелектрика ( ), те је (5п) Максимално наелектрисање које се сме довести систему II Начин: Због редне везе кондензатора, па ако би јачина електричног поља била. а ако би јачина електричног поља била Када би смо довели на систем толики напон да јачина ел. поља у првој области ( ) буде, тада би смо у другој области ( ), због и имали јачину електричног поља, што је много веће од, па би неминовно дошло до пробоја диелектрика. Максимално наелектрисање које се сме довести систему одређује диелектрична пропустљивост слабијег диелектрика ( ), из чега следи да је. 3. Увећање сочива је у првом случају, ( п) и ( ) (3 п) (имагинаран лик), а у другом случају је, када се смањи растојање, = ( п) и ( ) (3 п). Следи да је ( ) ( ) ( п), а како је ( п) добијамо каначан израз за увећање (4 п). Увећање ће се примицањем предмета сочиву смањити 50 % ( п). 4. При проласку кроз препреку, куглица изврши рад: ( ) (5 п). Део тог рада претвара у топлоту, (3 п) која загрева куглицу. Из услова задатка следи да

7 ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ. је: ( ) ( п), па је ( ) изласку из препреке је: 478 К = 05 (5 п). 5. Други Њутнов закон за посматрано кретање је a, одакле је 5 К (5 п). Температура куглице по Из ове једначине и са графика видимо да је коефицијент правца посматране зависности: 5,6 ( ) a a a kg k,5 (4п), одакле је маса тела kg N 0 N kg k.509 или N 0 N kg (7п). k a a a 5,6 ( ) Одсечак на ординати је: (3п), па је сила трења једнака Исправно нацртан график (4п) s kg N (3п). a (3п) (3п), или Свим члановима комисије желимо успешан рад!

8 ШКОЛСКЕ 0/03. ГОДИНЕ.