Arkusz maturalny z fizyki – poziom podstawowy – rok 2016 („stara matura”) – zadania nr 6 – 10

Aby określić tor ruchu protonu musimy znać kierunek i zwrot siły Lorentza  $\vec{F}_{B}$  działającej na tą cząstkę:

$$\vec{F}_B = |q| \hspace{.1cm} (\vec{V} \times \vec{B})$$

gdzie:
q  – ładunek cząstki,
$\vec{V}$  – wektor prędkości cząstki,
$\vec{B}$  – wektor indukcji pola magnetycznego.

To samo równanie w postaci skalarnej wygląda następująco:

$$F_B = |q| \hspace{.05cm} V \hspace{.05cm} B \hspace{.15cm} \textrm{sin} \hspace{.03cm} \varphi$$

gdzie φ  to kąt zawarty pomiędzy wektorem prędkości a wektorem indukcji pola magnetycznego.

Zgodnie z rysunkiem wektory prędkości i indukcji pola mają jednakowy kierunek i zwrot (są względem siebie równoległe), w związku z czym kąt  φ = 0^o. Zerowa wartość kąta oznacza, że siła Lorentza działająca na proton jest równa zero, bo sin 0^o = 0.

W związku z powyższym tor ruchu protonu nie ulegnie zmianie, a więc prawidłową odpowiedzią jest odpowiedź C.

Prawidłowa odpowiedź: C.

Zadanie to rozwiążemy stosując metodę eliminacji nieprawdziwych odpowiedzi. Zjawisko polaryzacji światła faktycznie wpływa na poprawę widzenia (przede wszystkim podczas słonecznych dni) jednak, aby osiągnąć ten efekt konieczne jest zastosowanie okularów z filtrem polaryzacyjnym. Ludzkie oko nie jest w stanie odróżnić światła spolaryzowanego od światła niespolaryzowanego, dlatego odpowiedź A jest nieprawdziwa. Dyfrakcja (ugięcie) światła jest zjawiskiem zachodzącym na bardzo wąskich szczelinach rzędu kilku mikrometrów (1 mikrometr = 1 milionowa metra) i mniejszych, wobec czego nie ma prawa wystąpić podczas mrużenia. Podobnie, mrużenie oczu nie może wpłynąć na zmianę współczynnika załamania światła gałki ocznej. Odpowiedzią prawidłową jest więc odpowiedź C.

Prawidłowa odpowiedź: C.

Z wykresu p (V ) wynika, że wraz ze wzrostem objętości V  ciśnienie p  nie ulega zmianie. Korzystając z tego faktu możemy odrzucić odpowiedzi A i B, w których mowa jest o stałej objętości. Aby rozstrzygnąć, która z dwóch pozostałych odpowiedzi jest prawdziwa zapiszmy równanie stanu dla gazu doskonałego:

$$\frac{p \hspace{.05cm} V}{T} = \textrm{const.}$$

Powyższe równanie jest spełnione wtedy, gdy wyrażenie p V /T  przyjmuje stałą wartość. Na podstawie wykresu wiemy, że ciśnienie p  jest stałe. Zmianie ulega objętość V. Aby zrekompensować wzrost objętości należy, zgodnie z powyższym wzorem, zwiększyć temperaturę T. Oznacza to, że odpowiedź D jest odpowiedzią prawidłową, ponieważ podgrzanie powietrza wiąże się oczywiście ze wzrostem temperatury.

Prawidłowa odpowiedź: D.

Model atomu Bohra, nazywany również modelem planetarnym, to pierwszy model atomu uwzględniający zjawiska kwantowe, zgodnie z którym promienie orbit oraz energie elektronów na poszczególnych orbitach mogą przyjmować tylko ściśle określone wartości. W modelu tym ujemnie naładowane elektrony krążą wokół dodatnio naładowanego jądra atomowego. Wg Bohra ruch ten odbywa się pod wpływem sił elektrycznych występujących pomiędzy elektronami a jądrem atomowym.

Prawidłowa odpowiedź: A.

Z podanych zjawisk tylko rozpad α  jąder atomowych jest zjawiskiem stochastycznym, czyli zjawiskiem zachodzącym w sposób losowy – nie możemy dokładnie wyznaczyć chwili, w której jądro ulegnie rozpadowi; możemy go tylko określić z pewnym prawdopodobieństwem. Pozostałe zjawiska to przykłady zjawisk deterministycznych, czyli takich, których skutki możemy dokładnie przewidzieć w oparciu o znajomość warunków początkowych (przyczyn) np. w oparciu o prawa Keplera możemy dokładnie opisać ruch planet wokół Słońca.

Prawidłowa odpowiedź: B.

Rozwiązania kolejnych zadań z tego arkusza maturalnego znajdziesz na poniższych stronach: