FIZIKA FELADATLAP Megoldási útmutató

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "FIZIKA FELADATLAP Megoldási útmutató"

Elvira Réka Balla
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 1. C 2. A 3. X 4. B 5. C 6. D 7. D 8. C 9. D 10. B 11. D 12. C 13. A 14. C 15. C 16. D 17. C 18. C 19. C 20. B FIZIKA FELADATLAP Megoldási útmutató I. RÉSZ Összesen 1

2 1. téma II. RÉSZ Atommodellek: Thomson modell: a) az elektron felfedezése után, tömegspektográf segítségével b) kis térfogatban a negatív töltésű elektron c) a pozitív töltésű atommag egyenletesen tölti ki a térfogatot d) amit nem magyaráz: fémfólia alfa részecskékkel történő bombázásánál a visszaszórás jelensége Rutherford modell: e) Pozitív töltésű atommag is kis helyet foglal el az atomok közti távolsághoz képest f) A Coulomb erő tartja az elektront az atommag körül g) amit nem magyaráz: körmozgást végző elektron gyorsul, ezért sugároznia kell és folyamatosan energiát veszt h) diszkrét, meghatározott energiájú elektronállapotok vannak. Abszorpciós és emissziós színképekből. Bohr modell: i) Bohr-féle pályafeltétel bevezetése, a perdület a h/2π egész számú többszöröse j) Elektronnak megfelelő de Brogie hullámhossz egész számszor fér rá a pálya kerületére k) Energiaszintek leírása, színkép-vonalak. Balmer-formula magyarázata További pont adható: m) modellek keletkezésének időpontjáért (), más ide tarozó jelenség vagy kísérlet leírásáért () Összesen legfeljebb: 2. téma Erő definíció, statikus, dinamikus Kényszererő Szabad erő Tehetetlenségi erő Példák: Kényszererők (nyomóerő, kötélerő) Szabad erők (gravitációs, Coulomb, Lorentz, direkciós/rugalmas) Tehetetlenségi erők (gyorsuló koordináta rendszerek, centrifugális, Coriolis) Ezek kifejtéséért további pont adható Összesen legfeljebb: 3 pont 4 pont 3 pont Max. 8 pont 2

3 3. téma Fázisátalakulások, fagyás-olvadás, forrás-párolgás-lecsapódás Olvadáshő, forráshő értelmezése p T diagram Fázisdiagramon a fázisok közötti átmenet értelmezése Szublimáció, és értelmezése Hármaspont Példák halmazállapot-változásnál Más példák (ferromágneses-paramágneses átalakulás) Ezek kifejtése Összesen legfeljebb: 1+ 4 pont (Minden részpontszám bontható.) A kifejtés módjának értékelési szempontjai (l. vizsgaleírás): Nyelvhelyesség: (bontható) a kifejtés szabatos, érthető, jól szerkesztett mondatokat tartalmaz; a szakkifejezésekben, nevekben, jelölésekben nincsenek helyesírási hibák. A szöveg egésze: 3 pont (bontható) az egész ismertetés szerves, egységes egészet alkot; az egyes szövegrészek, résztémák összefüggenek egymással egy világos, követhető gondolatmenet alapján. 3

4 III. RÉSZ 1. a) Az adatok: a = 10 cm = 0,1 m; Q = 1 μc = 10-6 C A térerősségek ponttöltés teréből számolva: Q 1 E 3 E 2 E e E 1 = E 3 = k Q/a 2 E 2 = k Q/(2 a 2 ) Q 2 Q 3 E 1 Az E 1 és E 3 térerősségek eredője a paralelogramma vektorösszegzési szabály szerint, átlós irányú, nagysága az összetevők nagyságának 2-szerese. A három erő eredője: E e = 2 E 3 + E 2 = 2 k Q/a 2 + k Q/(2a 2 )= ( 2 + ½ ) k Q/a 2 Ez tehát a pozitív töltések térerősségeinek eredője. A negatív töltések távolsága a csúcshoz képest a pozitív töltés távolságának fele (rendre a/2, 2a/2, a/2). Az összes töltés térerőssége a pozitív és negatív töltések térerősségének a vektori pozitív E e eredője, melynek iránya a négyzet középpontja felé mutat, és a nagysága a vektorok hosszainak +Q Q különbsége. E e negatív Q Q +Q +Q E e pozitív = ( 2 + ½ ) k Q/a 2 E e negatív = ( 2 + ½ ) k Q/(a/2) 2 E eredő = E e negativ E e pozitív = =(4 1) ( 2 + ½ ) k Q/a 2 = = 3 ( 2 + ½ ) /10-2 N/C E eredő = 5, / N/C 1. b) Az adatok: B = 1 T Jobb felső csúcsba helyezett q töltésre a keret középpontja felé hat az eredő térerősségből számolható Coulomb-erő. Hogy ne fejtsen ki erőt a q töltésre a keret, a Lorentz-erőnek a Coulomb-erővel ellentétes irányúnak és azonos nagyságúnak kell lennie. Helyezzük úgy a keretet a vízszintes síkba, hogy a jobb felső sarka mutasson északkeleti irányba. Ekkor a jobbkéz-szabály szerint tehát, ha az erő ÉK felé mutat, a mágneses indukció iránya felfelé mutat, akkor a v, a töltés sebességének ÉNy-i irányba mutat. Nagysága: F Coulomb = F Lorentz q E eredő = q B v v = E eredő / B = 5,17 N/C / 1 T = 5, m/s Tehát a keret vízszintes síkban, a keret középpontjától mérve a bal felső sarka felé kell állandó, v=5, m/s sebességgel mozgatni. 4

5 2. a) Az adatok: R Föld = 1 CSE; R Mars = 1,524 CSE; T Mars = 687 nap. A feladat szövegének megfelelő ellipszis pálya az ábrán látható. A R Föld Mars Kepler törvény alapján a pályák félnagytengelyének harmadik hatványa osztva a keringési idő négyzetével állandó az egyes nap körül keringő objektumokra. 3 / T 2 = állandó űrhajó Az űrhajó pályájának nagytengelye épp a Föld és Mars Naptól való távolságának összege. Így az űrhajó pályájának félnagytengelye: R űrhajó = (R Föld + R Mars )/2 = (1 + 1,524)/2 CSE = 1,262 CSE R 3 / T 2 = állandó (R Föld ) 3 / (T Föld ) 2 = (R űrhajó ) 3 / (T űrhajó ) 2 T űrhajó =( R űrhajó / R Föld ) 3/2 T Föld =( 1,262 / 1 ) 3/2 1 év = 1,418 év = 518 nap 2. b) Az adatok: f lélgzés = 16 1/perc; V lélegzetvétel = 0,5 l = 0,5 dm 3 A légköri levegő 21 térfogat %-a oxigéngáz. Az odafelé út időtartamára szükséges oxigén mennyisége tehát: V oxigén = T odaút (perc) f lélgzés (1/perc) V lélegzetvétel (liter) 0,21= = perc 16 1/perc 0,5 liter 0,21 = 1, liter =1, dm 3 =1, m 3 Az ideális gáz állapotegyenletéből számítható az oxigén tömege. p V = R m/m T Az oxigéngáz (O 2 ) moláris tömege: M = 32 g/mol = 0,032 kg/mol. m = p V M / (R T ) = , ,032 / (8,31 298) kg = 1853 kg 3. a) Az adatok: U eff = 230 V; f = 50 Hz; I 1 = 1,03 A; I 2 = 2,3 A; R = 100 Ω A kapcsoló felső állása esetén sorba kapcsolt tekercs és ellenállás alkotja az áramkört. Soros R,L kör esetén a tekercsen a feszültség negyed periódusnyit (π/2) siet az X L R Z 1 áramhoz képest. A forgóvektoros ábrázolás segítségével meghatározható az eredő impedancia: 5

6 Z 1 2 = (X L ) 2 + R 2 X L = Lω = L 2π f Z 1 = U eff / I 1 Ezekből L-t kifejezve: L= X L / 2πf = (Z 1 2 R 2 ) 1/2 / 2πf = ( (U eff / I 1 ) 2 R 2 ) 1/2 / 2πf X L = ( (U eff / I 1 ) 2 R 2 ) 1/2 = ( (230V / 1,03A) 2 (100 Ω) 2 ) 1/2 =199,7 Ω 200 Ω L= X L / 2πf = 200 Ω / (2π 50 Hz) = 0,637 H 3. b) A kapcsoló alsó állása esetén a tekercs van sorba kapcsolva a kondenzátorral. Soros L, C kör esetén a tekercsen és a kondenzátoron a feszültség egymással ellentétes fázisban van. Az eredő impedancia a tekercs induktív ellenállásának és a kondenzátor ellenállásának a különbsége. Attól függően, hogy az eredő feszültség siet vagy késik negyed periódusnyit az áramhoz képest, azonos eredő impedancia érték mellett, a kondenzátor kapacitása két különböző érték. Z 2 = U eff / I 2 = 230V / 2,3A = 100 Ω Z 2 = X L X C X És a kondenzátor kapacitív ellenállása: L X L X C = 1 / Cω = 1 / C2πf Z 2 Ebből: C = 1 / X C 2πf X C1 Z 2 X C2 A kapacitás: C 1 = 1 / X C1 2πf = 1 / (100 Ω 2π 50 Hz) = 3, F = 31,8 μf C 2 = 1 / X C2 2πf = 1 / (300 Ω 2π 50 Hz) = 1, F = 10,6 μf A két különböző esetet megvizsgálva: X C1 = X L Z 2 =200 Ω 100 Ω = 100 Ω X C2 = X L + Z 2 =200 Ω Ω = 300 Ω 4. a) Az adatok: A = 100 Bq; T 1/2 = 12,3 év; t = 2 év Az aktivitás alapján meghatározható a radioaktív izotópok, a trícium atomok száma: A = ln2 N(0) / T 1/2 Ebből: N(0) = A T 1/2 / ln2 = 100 1/s 12,3 év 365 nap/év 24 óra/nap 3600 s/óra / 0,693 N(0) =5, Az exponenciális bomlási törvény alapján két évvel később az izotópok száma: N(t) = N(0) 2 t/t½ = 5, /12,3 = 5, A 2 év alatt a bomlások száma: N(t) N(0) = 5, , =

7 4. b) Az adatok: E = MeV; B = 4 T; e = 1, C; m e = 9, kg Ha az elektronokat a mágneses tér irányára merőlegesen lőjük be, köríven fognak mozogni. Mert a rájuk ható eredő mindig merőleges a sebességükre. Az elektronokra ható Lorentz-erő biztosítja a körmozgáshoz szükséges eredő erőt. F L = F e = F cp F L = q B v F cp = m v 2 /R Tehát: e B v = m v 2 /R R = mv / eb Az elektronok sebessége a mozgási energiájukból számolva: v = (2E/m e ) 1/2 = (2 0, , J /9, kg) 1/2 = 5, m/s Ekkora sebességnél a relativisztikus hatás figyelembe vételével: E kin = ( (1 v 2 /c 2 ) 1/2 1 ) m e c 2 v = ( ((E kin / m e c 2 ) + 1) 2 + 1) 1/2 c = = ( ((0, , / (9, ) ) + 1) 2 + 1) 1/ m/s= 0,185 c v = 5, m/s A körív alakú pálya sugara: R = mv / eb = 9, , / (1, ) = 7, m 7

Hasonló dokumentumok

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz 1. C 1 pont 2. B 1 pont 3. D 1 pont 4. B 1 pont 5. C 1 pont 6. A 1 pont 7. B 1 pont 8. D 1 pont 9. A 1 pont 10. B 1 pont 11. B 1 pont 12. B 1 pont