Državni izpitni center FIZIKA. Izpitna pola 2. Sreda, 29. avgust 2018 / 90 minut

Transkripcija

1 Š i f r a k a n d i d a t a : Državni izpitni center *M18411* JESENSKI IZPITNI ROK FIZIKA Izpitna pola Sreda, 9. avgust 18 / 9 minut Dovoljeno gradivo in pripomočki: Kandidat prinese nalivno pero ali kemični svinčnik, svinčnik HB ali B, radirko, šilček, računalo in geometrijsko orodje. Kandidat dobi ocenjevalni obrazec. 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 ocenjevalni obrazec). Izpitna pola vsebuje 6 strukturiranih nalog, od katerih izberite in rešite 3. Število točk, ki jih lahko dosežete, je 45; vsaka naloga je vredna 15 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 tri 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 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 4 strani, od tega 5 praznih. Državni izpitni center Vse pravice pridržane.

2 /4 *M18411* PERIODNI SISTEM ELEMENTOV I VIII 1,1 4, H He vodik 1 II III IV V VI VII 6,94 9,1 1,8 1, 14, 16, 19, litij 3 3, natrij 11 39,1 kalij 19 85,5 rubidij cezij 55 (3) francij 87 berilij 4 4,3 magnezij 1 4,1 kalcij 87,6 stroncij barij 56 (6) radij 88 45, skandij 1 88,9 itrij lantan 57 (7) aktinij 89 47,9 titan 91, cirkonij hafnij 7 (67) rutherfordij 14 relativna atomska masa simbol ime elementa vrstno število Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar 5,9 vanadij 3 9,9 niobij tantal 73 (68) dubnij 15 5, krom 4 96, molibden volfram 74 (71) seaborgij 16 54,9 mangan 5 (98) tehnecij renij 75 (7) bohrij 17 55,8 železo 6 11 rutenij osmij 76 (77) hassij 18 58,9 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr kobalt 7 13 rodij iridij 77 (76) Mt meitnerij 19 58,7 nikelj 8 16 paladij Pt platina 78 (81) Ds darmstadtij 11 63,5 65,4 baker cink Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs srebro Au zlato 79 (7) Rg rentgenij 111 kadmij 48 1 živo srebro 8 bor 5 7, aluminij 13 69,7 galij indij 49 4 talij 81 ogljik 6 8,1 silicij 14 7,6 germanij kositer 5 7 svinec 8 dušik 7 31, fosfor 15 74,9 arzen 33 1 antimon 51 9 bizmut 83 kisik 8 3,1 žveplo 16 79, selen telur 5 (9) polonij 84 fluor 9 35,5 klor 17 79,9 brom jod 53 (1) astat 85 helij, neon 1 39,9 argon 18 83,8 kripton ksenon 54 () radon cerij 58 3 torij prazeodim 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) curij terbij 65 (47) berkelij disprozij 66 (51) kalifornij holmij 67 (5) einsteinij erbij 68 (57) fermij tulij 69 (58) mendelevij iterbij 7 (59) nobelij lutecij 71 (6) lavrencij 13

3 *M184113* 3/4 Konstante in enačbe srednji polmer Zemlje r z 637 km težni pospešek hitrost svetlobe osnovni naboj Avogadrovo število splošna plinska konstanta gravitacijska konstanta električna (influenčna) konstanta magnetna (indukcijska) konstanta Boltzmannova konstanta Planckova konstanta Stefanova konstanta poenotena atomska masna enota lastna energija atomske enote mase masa elektrona masa protona masa nevtrona g 9,81 m s 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 G 6,67 1 N m kg e 8,85 1 A s V m m 4p 1 V s A m -3-1 k 1,38 1 J K e 6,63 1 J s 4,14 1 ev s s 5,67 1 W m K -7 mu 1 u 1, kg 931,494 MeV/ c u mc 931,494 MeV -31 me 9,19 1 kg 1 u/183,511 MeV/ c 7 mp 1,676 1 kg 1,78 u 938,7 MeV/ c 7 mn 1, kg 1,866 u 939,566 MeV/ c Gibanje x s vt vt x vt at + v v + at + v v ax n 1 t v o po t o v ar o Sila r g( r) g r z mm F G r o t 3 F 1 konst. kx F ps F kf F G t n rgv F ma mv FD t DG M rf sina D p rgh Energija A F s A Fs cosj W mv k Wp mgh W kx pr P A t A DW + DW + DW A-pD V k p pr P perforiran list

4 4/4 *M184114* Elektrika I e t ee F 4 pe F ee 1 r A e U E s e E e e S e CU e C l S We CU e C U RI zl R S Magnetizem F Il B F IiB sina F ev B mi B p r m B NI l M NISB sina Φ BS cosa Ui i ivb U wsb sinwt U i L - DF D t F I Nihanje in valovanje w p n x x sinxt s xx cosxt a - x x sinxt t t t c p p p ln dsin j m k l g LC a Nl P 4 p r ( ) n n 1 v ± c U P ef U I ; ; Ief ; UI W LI m U U N N 1 1 n n 1 v c c Fl m sinj c s Toplota Optika Moderna fizika n m N M N pv nrt D l ald T A D V bvdt A+ Q DW Q cmdt Q qm c n c sina c n sinc c n f a b s b p a 1 1 Wf hn Wf Ai + Wk W f D W n D W D mc - t t1/ - t N N Ne l l ln t 1/ W 3 kt Q P t P ls D T D l j P S j st 4 A Nl

5 *M184115* 5/4 Prazna stran OBRNITE LIST.

6 6/4 *M184116* 1. Merjenje Na vodoravni, hrapavi podlagi leži lesen kvader z maso 15 g. S silomerom ga dijak vleče v vodoravni smeri, tako kakor kaže slika, da kvader drsi s stalno hitrostjo Na sliko narišite vse sile (silo trenja, pravokotno komponento sile podlage, vlečno silo in težo), ki delujejo na kvader med enakomernim gibanjem. Med merjenjem vlečne sile F v, ki je potrebna, da kvader drsi enakomerno, je dijak na kvader vsakokrat dodajal uteži (slika) in podatke vpisoval v preglednico. V prvem stolpcu so zapisane mase uteži in kvadra skupaj, v tretjem stolpcu preglednice so zbrane vrednosti, ki jih kaže silomer. [ kg] m F [ N] F [ ] g vlečna N,15,79, 1,1,5 1,3,3 1,6,4,,6 3,1 1.. Dopolnite drugi stolpec preglednice s težami, ki ustrezajo masam v prvem stolpcu Narišite graf vlečne sile F v v odvisnosti od teže F g. Narišite premico, ki se točkam najbolj prilega. (3 točke)

7 *M184117* 7/ Izračunajte smerni koeficient premice na grafu. Na grafu označite točki, s katerima ste izračunali smerni koeficient. ( točki) 1.5. V tem primeru je koeficient trenja med klado in podlago enak količniku med vlečno silo F v ter težo klade in uteži F g. Relativna napaka teže je 3 % in relativna napaka vlečne sile je 5 %. Izračunajte absolutno napako koeficienta trenja. ( točki) 1.6. Zapišite koeficient trenja z absolutno in relativno napako. Z absolutno napako: k tr Z relativno napako: k tr ( točki) 1.7. Izračunajte, kolikšna bi morala biti vlečna sila, če bi bila masa telesa 1 kg, pri čemer bi kvader še vedno drsel s stalno hitrostjo.

8 8/4 *M184118* Dijak, ki ni natančno izvajal poskusa, je vlekel kvader enakomerno pod kotom, kakor kaže naslednja slika, privzel pa je, da vleče v vodoravni smeri. s konst. 1.8 Ker je dijak vlekel klado poševno, se je pravokotna komponenta sile podlage zmanjšala. Za silo teže in za silo trenja zapišite, ali se je povečala, zmanjšala ali ostala enaka. Sila teže: Sila trenja: ( točki) 1.9. Dijak, ki je vlekel klado pod kotom, je izmeril pri isti teži manjšo vlečno silo, kot bi jo, če bi vlekel vodoravno. Kakšen koeficient trenja je izračunal, če je privzel, da vleče vodoravno? Odgovor utemeljite.

9 *M184119* 9/4 Prazna stran OBRNITE LIST.

10 1/4 *M184111*. Mehanika.1. Slika 1 kaže tirnico telesa pri vodoravnem metu. V sliko vrišite vektor hitrosti in vektor pospeška, ko se telo giblje skozi točko T. Privzemite, da je zračni upor zanemarljiv. T Slika 1 ( točki) Slika kaže majhno kroglico z maso 1 g in klanec. Kroglico spustimo z višine, m nad vrhom klanca, da pade na klanec in se od njega odbije. kroglica, m,5 m klanec j B tla c Slika.. Izračunajte čas, ki ga porabi kroglica, da pade do vrha klanca..3. Izračunajte hitrost, gibalno količino in kinetično energijo kroglice, tik preden trči s klancem. (3 točke)

11 *M * 11/4.4. Kolikšen mora biti kot j, da se kroglica od klanca odbije v vodoravni smeri? Upoštevajte, da je trk kroglice s klancem prožen in velja odbojni zakon tako kakor za valovanje..5. Izračunajte domet kroglice, če je višina klanca enaka,5 m. ( točki).6. Izračunajte velikost hitrosti kroglice, tik preden zadane tla. (3 točke).7. Izračunajte višino nad vrhom klanca, s katere bi morali spustiti kroglico, da bi se po odboju na vrhu klanca odbila neposredno v točko B na vznožju klanca. (3 točke)

12 1/4 *M184111* 3. Termodinamika Začetna prostornina zraka v notranjosti zaprte brizge je 7 ml. Temperatura in tlak tega zraka sta enaka kakor v okolici, to je C in 1 bar. Brizgo na eni strani (desno) zapira gibljivi bat, na drugi strani (levo) pa je zaprta s čepom, kakor kaže slika. Privzemite, da je trenje med batom in brizgo zanemarljivo majhno Izračunajte maso zraka v notranjosti brizge. Privzemite, da je masa kilomola zraka enaka 9 kg. ( točki) Brizgo položimo na dno visoke valjaste posode, katere osnovna ploskev je krog s polmerom 1 cm. V posodo nalijemo 5 l vode. 3.. Izračunajte višino, do katere sega voda v posodi. Upoštevajte, da je prostornina brizge mnogo manjša od prostornine vode v posodi, zato lahko prostornino brizge zanemarite.

13 *M * 13/ Izračunajte tlak vode na dnu posode. Upoštevajte, da je tlak nad gladino vode v posodi 3 1, bar. Gostota vode je 1 kg m. Telo brizge je dovolj težko, da ostane potopljena na dnu posode Izračunajte prostornino zraka v potopljeni brizgi. Temperatura vode, ki smo jo nalili v posodo, je enaka temperaturi okolice C. Privzemite, da se bat giblje brez trenja. ( točki) V posodo z vodo postavimo potopni grelnik, ki greje z močjo 4 W Izračunajte, koliko časa mora biti grelnik vključen, da se bo voda segrela na temperaturo 8 C, če lahko zanemarimo toplotni tok v okolico in toploto, ki je potrebna za segrevanje -1 1 posode, brizge in zraka v njej. Specifična toplota vode je 4 J kg K -. ( točki)

14 14/4 *M * Vodo v posodi smo z grelcem segreli na 8 C Izračunajte, kolikšna je zdaj prostornina zraka v brizgi na dnu posode Kolikšna je v teh okoliščinah zdaj masa zraka v brizgi na dnu posode? V posodo dolijemo še 7 l vode pri temperaturi C in vsebino dobro premešamo Izračunajte, kolikšna je zmesna temperatura vode, če je posoda med mešanjem toplotno izolirana. ( točki) 3.9. Izračunajte, kolikšna je končna prostornina zraka v brizgi na dnu posode. (3 točke)

15 *M * 15/4 Prazna stran OBRNITE LIST.

16 16/4 *M * 4. Elektrika in magnetizem Trije električni grelniki so vezani v vezje, kakor ga kaže slika. Električni upori posameznih grelnikov so: R 1 1 W, R 15 W in R 3 W. V vezju so označeni tokovi. I 1 R1 R I 3 R 3 I U 5 V 4.1. Na sliki označite pozitivni in negativni priključek vira napetosti ter zapišite zvezo med tokovi I, I 1 in I Izračunajte nadomestni upor vezja. ( točki) ( točki) 4.3. Izračunajte, kolikšen naboj steče v eni sekundi skozi vir napetosti, če je napetost vira 5 V. ( točki) 4.4. Izračunajte, kolikšna je napetost na grelniku R 1. ( točki)

17 *M * 17/ Upornika R in R 3 zamenjamo med seboj. Kako se zaradi tega spremeni tok skozi vir napetosti? Se tok poveča, zmanjša ali ostane enak? Zapišite odgovor in ustrezno utemeljitev (sklep, račun ). ( točki) 4.6. Kako je treba razporediti te upornike v takem vezju (glejte sliko pred 1. vprašanjem te naloge), da bo skupna električna moč, ki jo prejemajo, največja? Izračunajte moč pri tej razporeditvi upornikov. (3 točke) 4.7. Grelnik R se pokvari, zato ga nadomestimo z drugim. Preden ga vežemo v vezje, izmerimo dolžino in debelino žice, iz katere je izdelan. Ugotovimo, da je novi grelnik izdelan iz žice iz iste snovi, ki je v primerjavi s prejšnjim daljša za 4 %, polmer pa ima manjši za 3 %. Izračunajte, kolikšen je novi upor grelnika R. ( točki)

18 18/4 *M * 5. Nihanje, valovanje in optika Žogico z maso,15 kg obesimo na lahko navpično vijačno vzmet. V ravnovesni legi, ko žogica miruje, je vzmet raztegnjena za 6, cm neobremenjena vzmet žogica v mirovanju 3 lega, iz katere žogico spustimo 5.1. Izračunajte prožnostni koeficient vzmeti. Če obesimo žogico na prosti konec neobremenjene vzmeti in jo iz te lege spustimo ob t, začne nihati v navpični smeri. 5.. Izračunajte nihajni čas, s katerim žogica niha Kolikšna je amplituda in kolikšen je največji raztezek vzmeti? ( točki) 5.4. Izračunajte največjo hitrost žogice med nihanjem. ( točki)

19 *M * 19/ Izračunajte, kolikšen je pospešek nihajoče žogice takrat, ko je, cm pod ravnovesno lego. ( točki) 5.6. Izračunajte kinetično energijo, ki jo ima žogica med gibanjem skozi ravnovesno lego. ( točki) 5.7. Narišite graf kinetične energije žogice v odvisnosti od časa za dva nihaja. W k W t t ( točki)

20 /4 *M18411* Pod nihajočo vzmet namestimo trdo podlago. Podlaga je tik pod ravnovesno lego. Poskus ponovimo tako, da žogico, pritrjeno na vzmet, ob času t spustimo iz iste lege kakor pri prvem poskusu. Žogica se v ravnovesni legi prožno odbije z enako veliko hitrostjo, trk s podlago je zelo kratek. x izhodiščna lega 6, cm 5.8. V kolikšnem času od trenutka, ko smo žogico spustili, se žogica zdaj prvič vrne v izhodiščno lego? 5.9. Narišite graf hitrosti uteži v odvisnosti od časa za to nihanje v prvi sekundi. s [ ms] s,5 1, t [ s] ( točki)

21 *M184111* 1/4 Prazna stran OBRNITE LIST.

22 /4 *M18411* 6. Moderna fizika in astronomija Valovna dolžina vidne svetlobe je med 4 nm in 75 nm Izračunajte energijo fotonov vidne svetlobe z največjo in najmanjšo valovno dolžino. ( točki) V zaprti posodi imamo 1 g vodika, ki ga vzbujamo v vzbujena stanja. Energije posameznih stanj v vodikovem atomu so dane na sliki. 6.. Izračunajte, kolikšna je energija fotonov, ki jih sevajo vodikovi atomi pri prehodu iz prvega vzbujenega stanja v osnovno stanje Izračunajte, kolikšna je najkrajša valovna dolžina vidne svetlobe, ki jo lahko seva vodikov atom. Upoštevajte samo stanja, ki so prikazana na sliki. ( točki)

23 *M184113* 3/ Koliko takih fotonov morajo vsako sekundo sevati vodikovi atomi, da bo skupna moč izsevane svetlobe 1, mw? ( točki) 6.5. Čez koliko časa bi bilo pri tej moči izsevanih toliko fotonov, kot je vseh atomov vodika v posodi? (3 točke) 6.6. Curek teh fotonov usmerimo na katodo fotocelice. Izstopno delo za kovino, iz katere je katoda, je 1, 5 ev. Izračunajte, kolikšna je največja kinetična energija elektronov, s katero zapustijo katodo fotocelice Kolikšna je za te elektrone zaporna napetost na tej fotocelici? 6.8. Curek fotonov usmerimo na katodo fotocelice, ki jo v zaporni smeri priključimo na napetost,1 V. Izračunajte, s kolikšno hitrostjo elektroni zadenejo anodo fotocelice. (3 točke)

24 4/4 *M184114* Prazna stran