Fizyka etap szkolny

KONKURS FIZYCZNY
[ETAP SZKOLNY]
ROK SZKOLNY 2008/2009
Czas trwania: 120 minut
Masz do rozwiązania 6 zadań, za które w sumie moŜesz otrzymać 50 punktów. Do etapu
rejonowego kwalifikują się ci uczniowie, którzy uzyskają minimum 42 punkty.
Przyjmij w zadaniach wartość przyspieszenia ziemskiego 10
m
kg
, gęstość wody 1000 3 .
2
s
m
UwaŜnie czytaj polecenia, pamiętaj o wypisywaniu danych i szukanych w zadaniach i zapisywaniu
odpowiedzi.
Podczas trwania konkursu nie moŜesz korzystać z kalkulatora.
Zadanie 1 (0 - 8 p.)
Na wodzie połoŜono drewniany klocek o objętości 60 cm3 i stalową sztabkę takich samych rozmiarów.
Drewniany klocek pływa po wodzie zanurzony w niej do połowy swojej objętości a stalowa sztabka
tonie.
a) Wyjaśnij, dlaczego klocek wykonany z drewna będzie po wodzie pływać a stalowa sztabka utonie.
b) Oblicz wartość siły wyporu działającej na drewniany klocek.
c) Oblicz, jaka byłaby masa klocka wykonanego z tego samego drewna, gdyby działała na niego siła
wyporu o wartości 0,6 N.
d) Stalową sztabkę zawieszono na siłomierzu i zanurzono w wodzie. Wartość siły, jaką wskazuje
siłomierz, jest:
A. równa sile cięŜkości działającej na sztabkę,
B. równa sile wyporu wody działającej na sztabkę,
C. równa sumie wartości siły cięŜkości i siły wyporu działających na sztabkę,
D. równa róŜnicy wartości siły cięŜkości i siły wyporu działających na sztabkę.
(Wybierz właściwą odpowiedź.)
e) Kulki 1, 2, 3 przedstawione na rysunku są umieszczone w wodzie. Wartość siły wyporu:
A. jest największa w przypadku kulki 1,
B. jest największa w przypadku kulki 2,
C. jest największa w przypadku kulki 3
D. jest jednakowa w przypadku kaŜdej kulki.
(Wybierz właściwą odpowiedź.)
1
2
3
1
Zadanie 2 (0 - 7 p.)
Kawałek Ŝelaza o masie 0,5 kg przy oziębianiu oddaje 226 kJ ciepła. Oblicz, jaka była temperatura
końcowa Ŝelaza, jeŜeli temperatura początkowa wynosiła 970 oC. (Ciepło właściwe Ŝelaza
wynosi 452
J
) Wyraź temperaturę końcową w skali Celsjusza i Kelwina.
kg ⋅ K
Zadanie 3 (0 – 7 p.)
Gumkę do mazania uwiązaną na cienkiej nitce długości 40 cm wprawiamy w ruch jednostajny po
okręgu w płaszczyźnie poziomej przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Gumka w ciągu 1 min
wykonuje 30 obrotów.
a) Oblicz okres, częstotliwość i szybkość gumki.
Wyniki podaj w jednostkach Układu SI.
b) Po jakim torze poruszałaby się gumka, gdyby została umieszczona w
warunkach, w których nie działałaby siła grawitacji i
w połoŜeniu pokazanym na rysunku nagle zerwała się z nitki.
c) Działanie siły dośrodkowej w ruchu jednostajnym po okręgu:
A. powoduje zmianę wartości prędkości ciała,
B. powoduje zmianę kierunku wektora prędkości ciała,
C. powoduje zmianę zarówno wartości jak i kierunku wektora prędkości ciała,
D. nie powoduje zmiany wartości ani kierunku wektora prędkości ciała.
(Wybierz właściwą odpowiedź)
Zadanie 4 (0 – 8 p.)
Z pewnego miejsca na drodze zaczął uciekać przestępca ze stałą prędkością o wartości 5
m
. W
s
odległości 20 m za nim znajdował się policjant, który gonił przestępcę ze stałą prędkością o wartości
7
m
. Ruch ich odbywał się stale wzdłuŜ tej samej prostej. Oblicz, po jakim czasie policjant dogoni
s
przestępcę i jaką drogę przebędzie w tym czasie przestępca.
Zadanie 5 (0 – 11)
Skrzynia o masie 10 kg przedstawiona na rys.1 porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym
prostoliniowym z przyspieszeniem 0,2
m
po poziomym podłoŜu w prawą stronę.
s2
a) Przedstaw na rysunku wektory wszystkich sił działających na skrzynię i nazwij je.
Rys.1.
b) Oblicz wartość siły ciągu wiedząc, Ŝe wartość siły tarcia skrzyni o podłoŜe stanowi 40% wartości
cięŜaru skrzyni.
c) Trzy jednakowe klocki ustawiono tak, jak przedstawiają to rys.2 i rys.3. Siła tarcia jest:
A. większa w przypadku przedstawionym na rys.2,
B. większa w przypadku przedstawionym na rys.3,
C. taka sama w obu przypadkach.
(Wybierz poprawną odpowiedź.)
F
F
Rys.2
Rys.3
2
Zadanie 6 (0 – 9 p.)
m
i poziomo przebija stojące drzewo o średnicy pnia 30 cm.
s
m
.
Po przebiciu drzewa ma on szybkość 300
s
Pocisk o masie 20 g leci z szybkością 600
a) Oblicz, jak zmieni się (wzrośnie czy zmaleje i o ile) energia kinetyczna pocisku.
b) Oblicz, jaka byłaby wartość średniej siły oporu drzewa w przypadku, gdyby wartość wykonanej
przez pocisk pracy wynosiła 3000 J.
c) Oblicz, jaki byłby czas przebijania drzewa przez pocisk, gdyby wartość siły oporu wynosiła 9·103 N.
3
WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY
[ETAP REJONOWY]
ROK SZKOLNY 2008/2009
Czas trwania: 120 minut
Masz do rozwiązania 5 zadań, za które w sumie moŜesz otrzymać 50 punktów. Do etapu wojewódzkiego
kwalifikują się ci uczniowie, którzy uzyskają minimum 45 punktów.
UwaŜnie czytaj polecenia i staraj się w miarę dokładnie opisywać sposób rozwiązania.
JeŜeli napotkasz trudności przy rozwiązywaniu któregoś z zadań, przejdź do następnego. Do tego wrócisz
na końcu.
Podczas trwania konkursu nie moŜesz korzystać z kalkulatora.
Przyjmij w zadaniach wartość przyspieszenia ziemskiego 10
m
.
s2
POWODZENIA !
Zadanie 1 (0 – 13 p.)
Wykres przedstawia zaleŜność wartości prędkości od czasu trwania ruchu ciała poruszającego się po linii prostej
stale w tę samą stronę.
10
9
wartość prędkości [m/s]
8
]s
/
m
[
ćś
o
k
d
ę
r
p
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
czas [s]
[s]
czas
Na podstawie wykresu:
a) napisz, jakim ruchem poruszało się ciało w kolejnych trzech etapach,
b) oblicz drogę przebytą przez ciało na poszczególnych etapach,
c) oblicz wartości przyspieszenia ciała na poszczególnych etapach,
d) narysuj wykres zaleŜności wartości przyspieszenia od czasu.
1
6
7
8
Zadanie 2 (0 - 17 p.)
Z powierzchni Ziemi wyrzucono pionowo w górę kamień o masie 1 kg nadając mu prędkość początkową
o wartości 20
m
.
s
a) Oblicz, na jaką wysokość wzniesie się kamień, jeśli na pokonanie oporów ruchu utracił on 20 %
początkowej energii kinetycznej.
b) Udowodnij, Ŝe maksymalna wysokość na jaką wzniósłby się kamień, gdyby wokół Ziemi nie było
atmosfery (pomijamy opory ruchu) wyniosłaby 20 m.
c) Jaka byłaby energia kinetyczna i energia mechaniczna całkowita kamienia w połowie największej
wysokości przy załoŜeniu, Ŝe nie uwzględniamy oporów powietrza. Odpowiedź uzasadnij.
d) Oblicz czas spadku kamienia z maksymalnej wysokość przy załoŜeniu braku atmosfery.
e) Oblicz, na jaką wysokość wzniósłby się ten kamień, gdyby wyrzucono go z taką samą jak na Ziemi
prędkością początkową z powierzchni Merkurego. Wokół Merkurego nie ma atmosfery i ciała waŜą
2,5 razy mniej niŜ na powierzchni Ziemi.
Zadanie 3 (0 - 3 p.)
Pięciokilogramowa ryba drapieŜna płynie ze stałą prędkością o wartości 1
o masie 1 kg płynącą naprzeciw ze stałą prędkością o wartości 4
m
. Spotyka „bezmyślną” rybę
s
m
i połyka ją w całości. Oblicz, jaka będzie
s
wartość prędkości duŜej ryby tuŜ po spoŜyciu obiadu. Zakładamy, Ŝe obie ryby znajdowały się na tej samej
głębokości i nie uwzględniamy oporu wody.
Zadanie 4 (0 - 4 p.)
Do jednego ramienia rurki przedstawionej na rysunku nalano rtęci, a do drugiego wody. Wysokość słupa wody
wynosi 20,4 cm. Oblicz, jaka jest róŜnica poziomów rtęci i wody w obu ramionach. Ciecze są w stanie
równowagi.
Gęstość rtęci ma wartość 13600
kg
kg
, gęstość wody ma wartość 1000 3 .
3
m
m
20,4cm
∆h
2
Zadanie 5 (0 - 13 p.)
Pan Kowalski kupił grzałkę elektryczną. Na tabliczce znamionowej tej grzałki był zapis: 230 V, 500 W.
a) Oblicz wartość natęŜenia prądu płynącego przez tę grzałkę, jeśli włączymy ją pod napięcie 230 V. Wynik
podaj z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
b) WykaŜ, Ŝe wartość oporu tej grzałki wynosi około 106Ω.
c) Oblicz zuŜycie energii elektrycznej po 24 godzinach uŜywania tej grzałki. Wynik podaj w kWh.
śona pana Kowalskiego wybierała się na wycieczkę do USA. Pan Kowalski dał jej wcześniej zakupioną
grzałkę. Okazało się, Ŝe napięcie w sieci w tym kraju wynosi 110 V. Grzałka została włączona pod napięcie
110 V.
d) Zakładając, Ŝe opór elektryczny grzałki pozostanie bez zmian, oblicz moc tej grzałki? Wynik zaokrąglij do
liczby całkowitej.
e) Czas potrzebny do zagotowania tą grzałką takiej samej masy wody, o takiej samej temperaturze
początkowej będzie w USA taki sam, dłuŜszy czy krótszy niŜ w Polsce? Zakładamy, Ŝe opór tej grzałki
nie ulega zmianie i nie ma wymiany ciepła z otoczeniem. Odpowiedź uzasadnij.
3
4
WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY
[FINAŁ CZĘŚĆ I]
ROK SZKOLNY 2008/2009
Czas trwania: 90 minut
W części pierwszej masz do rozwiązania 5 zadań, za które w sumie moŜesz otrzymać 35 punktów.
UwaŜnie czytaj polecenia i staraj się w miarę dokładnie opisywać sposób rozwiązania.
JeŜeli napotkasz trudności przy rozwiązywaniu któregoś z zadań, przejdź do następnego. Do tego wrócisz na
końcu.
Podczas trwania konkursu nie moŜesz korzystać z kalkulatora.
Przyjmij w zadaniach wartość przyspieszenia ziemskiego 10
m
.
s2
POWODZENIA !
Zadanie 1 (0 - 5 p.)
Na oblodzonej powierzchni drogi samochód osobowy jest w stanie hamować z maksymalnym opóźnieniem
o wartości 0,5
m
. Zakładając, Ŝe kierowca moŜe zacząć hamować z odległości 100 m od przeszkody, oblicz
s2
maksymalną prędkość samochodu, z jaką moŜe jechać kierowca, aby nie doszło do wypadku.
1
Zadanie 2 (0 - 6 p.)
Kowal kując podkowę uderza w nią młotem. Młot o masie 5 kg spada z wysokości 60 cm. Podczas uderzenia
10% energii młota ulega rozproszeniu, a 60% pozostałej energii powoduje zwiększenie energii wewnętrznej
podkowy. Oblicz, o ile stopni ogrzewa się Ŝelazna podkowa o masie 0,3 kg podczas jednego uderzenia młotem.
Pomiń siłę, jaką kowal działa na młot w czasie jednego opadania. Wynik podaj z dokładnością do jednego
miejsca po przecinku. Ciepło właściwe Ŝelaza wynosi 460
J
.
kg ⋅ K
Zadanie 3 (0 - 8)
W pracowni fizycznej uczniowie postanowili wyznaczyć opór drutu z nieznanego metalu. Podłączyli go do
zasilacza z regulowanym napięciem. Amperomierzem dokonywali pomiaru natęŜenia prądu dla pięciu wartości
napięcia. Wyniki swoich pomiarów zebrali w tabeli.
U [V]
I [A]
R [Ω]
a)
4
0,25
6
0,37
8
0,49
10
0,62
12
0,74
Uzupełnij tabelę, wyznaczając opór dla kaŜdego pomiaru napięcia i natęŜenia. Wyznacz wartość średniej
arytmetycznej oporu tego drutu. Wyniki podaj z dokładnością do jednego miejsca po przecinku.
2
b)
Na podstawie wyników umieszczonych w tabeli narysuj wykres zaleŜności natęŜenia prądu płynącego
przez drut od przyłoŜonego napięcia.
c)
Wymień trzy parametry od których zaleŜy wartość oporu elektrycznego drutu.
d)
Drut miedziany o przekroju poprzecznym w kształcie kwadratu i oporze o wartości równej 72 Ω przecięto
na trzy części o jednakowej długości. Otrzymane odcinki drutu ściśle złoŜono ze sobą.. W wyniku tego
otrzymano przewodnik o długości trzy razy mniejszej niŜ długość drutu i trzy razy większej powierzchni
przekroju poprzecznego. Ile wynosiłaby wartość oporu tak otrzymanego przewodnika? Odpowiedź
uzasadnij.
Zadanie 4 (0 - 10 p.)
W odległości 1,5 m od soczewki skupiającej o ogniskowej równej 50 cm umieszczono świecącą strzałkę.
a)
Oblicz zdolność skupiającą tej soczewki. Wynik podaj w dioptriach.
3
b)
Oblicz odległość obrazu od soczewki.
c)
Przyjmij odpowiednią skalę i wykonaj konstrukcję obrazu otrzymanego za pomocą tej soczewki. Podaj
cechy tego obrazu.
0,5 m
d)
Oblicz, jakie byłoby powiększenie obrazu uzyskanego za pomocą tej soczewki wiedząc, Ŝe dla przedmiotu
umieszczonego w odległości 2 m od soczewki obraz powstałby w odległości
4
2
m od soczewki.
3
Zadanie 5 (0 – 6 p.)
Drewniana kula o masie 100 g została zanurzona w wodzie na głębokość 50 cm i swobodnie puszczona.
Powierzchnię wody osiągnęła po 1s. Oblicz, ile razy siła wyporu jest większa od cięŜaru kuli. Siły oporu ruchu
pomijamy.
5
WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY
ROK SZKOLNY 2008/2009
[FINAŁ CZĘŚĆ II]
Czas trwania: 30 minut
W części drugiej masz do rozwiązania 15 zadań zamkniętych, za które w sumie moŜesz otrzymać
15 punktów. W kaŜdym pytaniu tylko jedna odpowiedź jest poprawna. Wybierz poprawną odpowiedź
i wpisz do kolumny „Wybieram odpowiedź”. UwaŜnie czytaj polecenia. JeŜeli napotkasz trudności przy
rozwiązywaniu któregoś z zadań, przejdź do następnego. Do tego wrócisz na końcu.
Podczas trwania konkursu nie moŜesz korzystać z kalkulatora.
1. PasaŜer siedzący w jadącej taksówce jest w ruchu względem:
A. kierowcy
B. taksówki
C. domów stojących przy ulicy
D. wszystkie odpowiedzi są poprawne
0-1p.
2. Na rysunku przedstawiono dwie składowe prędkości piłki kozłowanej przez
zawodnika. Wypadkowa prędkość tej piłki względem podłogi ma wartość:
m
s
m
B. 3
s
m
C. 4
s
m
D. 5
s
A. 1
3 m/s
0-1p.
4 m/s
3. Wahadło wykonuje 10 pełnych wahnięć w ciągu 5s. Okres drgań tego
wahadła wynosi:
A. 0.5 s
B. 2 s
C. 5 s
D. 10 s
1
0-1p.
Liczba
zdobytych
punktów
Zadanie
Wybieram
odpowiedź
Liczba
punktów
POWODZENIA !
4. Trzy jednakowych rozmiarów kulki: ołowiana, stalowa i aluminiowa,
spadają swobodnie z wysokości h. W chwili zetknięcia z podłoŜem
największą energię kinetyczną będzie miała kulka:
A. ołowiana
Al
Fe
Pb
B. stalowa
C. aluminiowa
D. wszystkie kulki będą miały takie
same energie kinetyczne
0-1p.
h
5. W naczyniach przedstawionych na rysunku znajduje się ta sama ciecz. Parcie
na dno naczynia jest największe?
I
II
III
A. w naczyniu I
B. w naczyniu II
C. w naczyniu III
D. parcie na dno wszystkich naczyń
jest jednakowe
6. Wykres przedstawia zaleŜność temperatury od ilości dostarczonego ciepła
dla trzech ciał wykonanych z róŜnych substancji o budowie krystalicznej.
Ciała mają takie same masy i ogrzewane są pod takim samym ciśnieniem. Na
podstawie wykresu moŜna stwierdzić, Ŝe największe ciepło topnienia
posiada:
t [oC]
II
A. substancja I
III
B. substancja II
C. substancja III
I
D. substancje I i III
0-1p.
0-1p.
Q [J]
7. Pierwsza prędkość kosmiczna jest to prędkość:
A. ucieczki z pola grawitacyjnego Ziemi
B. rakiety unoszącej sondę na Marsa
C. satelity krąŜącego wokół Ziemi tuŜ przy jej powierzchni
D. Ziemi w ruchu wokół Słońca
0-1p
8. Organizacja Narodów Zjednoczonych ogłosiła rok 2009 jako
Międzynarodowy Rok Astronomii (MRA2009). Rok 2009 ma dla astronomii
szczególne znaczenie. W tym roku przypada rocznica uŜycia po raz pierwszy
teleskopu do oglądania nieba. Pierwszym, który systematycznie uŜywał
teleskopu do obserwacji nieba był:
A. Kopernik
B. Galileusz
C. Kepler
D. Newton
0-1p.
2
9. Dwie kulki wykonane z róŜnych materiałów zawieszone obok siebie na
jedwabnych nitkach naelektryzowano ładunkami dodatnimi o róŜnej
wartości. Jedna z kulek odchyliła się od pionu bardziej niŜ druga. Była to
kulka:
0-1p.
A. o większej masie
B. o mniejszej masie
C. o większym ładunku elektrycznym
D. o mniejszym ładunku elektrycznym i większej masie
10. Stała k w prawie Coulomba ma wartość 8,996·109, a jej jednostka to:
A.
B.
C.
D.
N ⋅C2
m2
C 2 ⋅ m2
N
N ⋅ m2
C2
N 2 ⋅C
m2
0-1p.
11. Elektryk musi otrzymać opornik o oporze 1,5 Ω. Ma do dyspozycji tylko
oporniki o oporach 1 Ω, 2 Ω i 3 Ω. Elektryk w celu uzyskania potrzebnego
oporu musi je połączyć zgodnie ze schematem:
A. I
B. II
C. III
0-1p.
D. IV
12. Bieguny magnesów utrzymują stalowe gwoździe, jak na rysunku. Po
zetknięciu magnesów bliŜszymi biegunami gwoździe:
A. wszystkie odpadną
B. odpadną tylko środkowe
C. odpadną tylko skrajne
D. Ŝaden nie odpadnie
0-1p
13. Siła elektrodynamiczna działająca na element A-B przewodu, w którym
płynie prąd w sytuacji przedstawionej na rysunku jest zwrócona:
A. w dół
B. w górę
C. w prawo
0-1p.
D. w lewo
3
14. W wyniku rozszczepienia światła białego w pryzmacie otrzymano widmo
ciągłe. Najsilniej ku podstawie pryzmatu załamało się światło o barwie:
A. czerwonej
B. Ŝółtej
C. zielonej
D. fioletowej
15. Promień światła padł na zwierciadło tak, Ŝe odbił się od niego tworząc
z powierzchnią zwierciadła kąt 30o. Kąt padania promienia na zwierciadło
wynosi:
A. 15o
B. 30o
C. 60o
D. 150o
4
0-1p.
0-1p.