1

Prąd elektryczny

– poziom rozszerzony

Zadanie 1. (9 pkt)

Źródło: CKE 2005 (PR), zad. 29.



     

 

     

        

          

      



      

   







 



   



          



  

          

              

 

  

          

















Zadanie 1.1 (3 pkt)

Zadanie 1.2 (2 pkt)

2

     



 

  

         

        



  













  

           

            

    

           

         

































Zadanie 1.3 (2 pkt)

Zadanie 1.4 (2 pkt)

3

Zadanie 2. (10 pkt)

Źródło: CKE 01.2006 (PR), zad. 26.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

5

Arkusz II

25.5 (2 pkt)

GĊstoĞü wody morskiej roĞnie wraz ze zwiĊkszaniem gáĊbokoĞci. Na powierzchni wynosi

1025 kg/m

3

, a na gáĊbokoĞci okoáo 1000 m osiąga wartoĞü 1028 kg/m

3

. Przy dalszym

wzroĞcie gáĊbokoĞci gĊstoĞü wody juĪ nie ulega zmianie. WyjaĞnij, jaki wpáyw na prĊdkoĞü

tonącego sáoika ma fakt, Īe gĊstoĞü wody morskiej roĞnie wraz z gáĊbokoĞcią. Przyjmij, Īe na

tonący sáoik dziaáa siáa oporu wody wprost proporcjonalna do wartoĞci prĊdkoĞci toniĊcia

sáoika.

25.6 (1 pkt)

Zapisz, jaka musi byü Ğrednia gĊstoĞü sáoika wraz z zamkniĊtą zawartoĞcią, aby mógá on

dotrzeü do dna morza, jeĞli gáĊbokoĞü w tym miejscu przekracza 1000 m.

Odp. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zadanie 26. Silnik elektryczny (10 pkt)

Silnik elektryczny na prąd staáy zasilany jest z baterii o SEM

İ

= 12 V. Podczas pracy silnika

przez jego uzwojenia páynie prąd o natĊĪeniu I = 2 A, natomiast gdy wirnik tego silnika jest

caákowicie zahamowany, przez jego uzwojenie páynie wiĊkszy prąd o natĊĪeniu I

0

= 3 A.

Opór wewnĊtrzny baterii pomijamy.

26. 1 (2 pkt)

W tym obwodzie wystĊpują siáy elektromotoryczne baterii i indukcji. OkreĞl i uzasadnij, czy

te SEM skierowane są zgodnie, czy przeciwnie (nie uwzglĊdniamy SEM samoindukcji).

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Arkusz II

26.2 (1 pkt)

Zapisz prawo Ohma dla tego obwodu.

26.3 (1 pkt)

Podaj, jakie są wartoĞci obu SEM, gdy wirnik jest nieruchomy.

26.4 (1 pkt)

Oblicz wartoĞü oporu omowego uzwojenia silnika.

26.5 (1 pkt)

Podczas pracy silnika czĊĞü energii jest tracona z powodu wydzielania siĊ ciepáa

w uzwojeniu, ze wzglĊdu na niezerowy opór omowy. Oblicz moc traconą w ten sposób

podczas pracy silnika.

Zadanie 2.1 (2 pkt)

Zadanie 2.2 (1 pkt)

Zadanie 2.3 (1 pkt)

Zadanie 2.4 (1 pkt)

4

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Arkusz II

26.2 (1 pkt)

Zapisz prawo Ohma dla tego obwodu.

26.3 (1 pkt)

Podaj, jakie są wartoĞci obu SEM, gdy wirnik jest nieruchomy.

26.4 (1 pkt)

Oblicz wartoĞü oporu omowego uzwojenia silnika.

26.5 (1 pkt)

Podczas pracy silnika czĊĞü energii jest tracona z powodu wydzielania siĊ ciepáa

w uzwojeniu, ze wzglĊdu na niezerowy opór omowy. Oblicz moc traconą w ten sposób

podczas pracy silnika.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

7

Arkusz II

26.6 (2 pkt)

Oblicz moc uĪyteczną silnika (jest to moc prądu w obwodzie pomniejszona o moc traconą

z powodu strat cieplnych), gdy przez jego uzwojenie páynie prąd o natĊĪeniu I = 2A.

26.7 (2 pkt)

Oblicz sprawnoĞü silnika w warunkach opisanych w zadaniu 26.6.

Zadanie 27. Rakieta (9 pkt)

27.1 (3 pkt)

WyprowadĨ wzór na pierwszą prĊdkoĞü kosmiczną i za jego pomocą oblicz jej wartoĞü dla

Ziemi.

Zadanie 2.5 (1 pkt)

Zadanie 2.6 (2 pkt)

Zadanie 2.7 (2 pkt)

5

Zadanie 3. (10 pkt)

Źródło: CKE 05.2006 (PR), zad. 23.

4

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Arkusz II

Zadanie 23. Ogrzewacz wody (10 pkt)

Turystyczny ogrzewacz wody zasilany jest z akumulatora samochodowego. Element grzejny

wykonano na bocznej powierzchni szklanego naczynia mającego ksztaát walca. Element

grzejny tworzy kilka zwojów przewodzącego materiaáu w postaci paska o szerokoĞci 4 mm

i gruboĞci 0,1 mm. Caákowita dáugoĞü elementu grzejnego wynosi 0,628 m. Opór elektryczny

elementu grzejnego jest równy 0,60 ȍ. Siáa elektromotoryczna akumulatora wynosi 12,6 V,

a jego opór wewnĊtrzny jest równy 0,03 ȍ.

23.1 (3 pkt)

Oblicz moc elementu grzejnego wykorzystywanego w ogrzewaczu w sytuacji opisanej

w treĞci zadania.

23.2 (2 pkt)

WykaĪ, Īe opór wáaĞciwy elementu grzejnego ma wartoĞü okoáo 3,8·10

-7

ȍ·m.

Zadanie 3.1 (3 pkt)

Zadanie 3.2 (2 pkt)

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

5

Arkusz II

23.3 (3 pkt)

Oszacuj, ile razy wydáuĪy siĊ czas potrzebny do zagotowania wody, jeĪeli napiĊcie na

zaciskach elementu grzejnego zmaleje o 20%. ZaáóĪ, Īe opór elektryczny elementu grzejnego

jest staáy, a straty ciepáa w obu sytuacjach są pomijalne.

23.4 (2 pkt)

Ogrzewacz moĪe byü zasilany ze Ĩródáa prądu przemiennego poprzez ukáad prostowniczy.

Do zacisków A i B ukáadu doprowadzono z transformatora napiĊcie przemienne. Narysuj na

schemacie, w miejscach zaznaczonych prostokątami, brakujące elementy póáprzewodnikowe

tak, aby przez grzaákĊ páynąá prąd wyprostowany dwupoáówkowo*). Oznacz na schemacie za

pomocą strzaáki kierunek przepáywu prądu przez grzaákĊ.

*) wyprostowany dwupoáówkowo – prąd páynie przez grzaákĊ w obu póáokresach

Nr zadania

23.1 23.2 23.3 23.4

Maks. liczba pkt

3

2

3

2

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

Zadanie 3.3 (3 pkt)

Zadanie 3.4 (2 pkt)

7

Zadanie 4. (12 pkt)

Źródło: CKE 2007 (PR), zad. 2.

4

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

1.6 (2 pkt)

Wózek po uderzeniu kulki odjeĪdĪa, natomiast kulka zaczyna poruszaü siĊ ruchem

drgającym, w którym niü podczas maksymalnego wychylenia tworzy z pionem kąt 27

o

. Podaj,

czy w opisanej sytuacji moĪna dokáadnie obliczyü okres wahaĔ takiego wahadáa korzystając

z zaleĪnoĞci

g

l

2

T

S

. OdpowiedĨ uzasadnij

.

Zadanie 2. Prąd zmienny (12 pkt)

Do Ĩródáa prądu przemiennego poprzez ukáad prostowniczy doáączono ĪarówkĊ, w której

zastosowano wáókno wolframowe. Opór Īarówki podczas jej Ğwiecenia wynosiá 100 :.

Na wykresie poniĪej przedstawiono zaleĪnoĞü natĊĪenia prądu elektrycznego páynącego przez

ĪarówkĊ od czasu.

2.1 (2 pkt)

Podaj, jaką wartoĞü oporu (wiĊkszą, czy mniejszą niĪ 100 :) miaáo wáókno Īarówki przed

doáączeniem jej do Ĩródáa prądu. OdpowiedĨ uzasadnij.

2.2 (2 pkt)

OkreĞl, analizując wykres, czĊstotliwoĞü zmian napiĊcia Ĩródáa prądu przemiennego

zasilającego ukáad prostowniczy.

t, s

0,02

0,03

0,01

0,5

I, A

0,005

0,015

0,025

0,4
0,3
0,2

0,1

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

5

Poziom rozszerzony

2.3 (2 pkt)

Oblicz wartoĞü áadunku elektrycznego, jaki przepáynąá przez ĪarówkĊ w czasie 0,02 s.

2.4 (4 pkt)

Naszkicuj wykres ilustrujący zaleĪnoĞü napiĊcia na Īarówce od czasu. Na wykresie zaznacz

odpowiednie wartoĞci. Wykres sporządĨ dla przedziaáu czasu [0 s – 0,03 s]. Dokonaj

niezbĊdnych obliczeĔ. IndukcyjnoĞü obwodu pomiĔ.

obliczenia

wykres

Nr zadania

1.6

2.1

2.2

2.3

2.4

Maks. liczba pkt

2

2

2

2

4

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

Zadanie 4.1 (2 pkt)

Zadanie 4.2 (2 pkt)

Zadanie 4.3 (2 pkt)

8

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

5

Poziom rozszerzony

2.3 (2 pkt)

Oblicz wartoĞü áadunku elektrycznego, jaki przepáynąá przez ĪarówkĊ w czasie 0,02 s.

2.4 (4 pkt)

Naszkicuj wykres ilustrujący zaleĪnoĞü napiĊcia na Īarówce od czasu. Na wykresie zaznacz

odpowiednie wartoĞci. Wykres sporządĨ dla przedziaáu czasu [0 s – 0,03 s]. Dokonaj

niezbĊdnych obliczeĔ. IndukcyjnoĞü obwodu pomiĔ.

obliczenia

wykres

Nr zadania

1.6

2.1

2.2

2.3

2.4

Maks. liczba pkt

2

2

2

2

4

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

2.5 (2 pkt)

Na rysunkach poniĪej przedstawiono schematy dwóch ukáadów zasilających, w których

zastosowano diody prostownicze.

WskaĪ, który z ukáadów A czy B zastosowano w sytuacji opisanej w zadaniu. Oznacz na

wybranym przez Ciebie ukáadzie znakami

+

,

–

oraz

~

prawidáową biegunowoĞü czterech

zacisków ukáadu zasilającego.

Zadanie 3. Wózek (12 pkt)

Wózek z nadajnikiem fal ultradĨwiĊkowych, spoczywający w chwili

t = 0, zaczyna oddalaü

siĊ od nieruchomego odbiornika ruchem jednostajnie przyspieszonym.

3.1 (2 pkt)

Napisz, jakim ruchem i w którą stronĊ powinien poruszaü siĊ nieinercjalny ukáad odniesienia,

aby opisywany w tym ukáadzie wózek pozostawaá w spoczynku.

Ukáad A

Ukáad B

odbiornik

nadajnik

0

x

G

Įr

u

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

2.5 (2 pkt)

Na rysunkach poniĪej przedstawiono schematy dwóch ukáadów zasilających, w których

zastosowano diody prostownicze.

WskaĪ, który z ukáadów A czy B zastosowano w sytuacji opisanej w zadaniu. Oznacz na

wybranym przez Ciebie ukáadzie znakami

+

,

–

oraz

~

prawidáową biegunowoĞü czterech

zacisków ukáadu zasilającego.

Zadanie 3. Wózek (12 pkt)

Wózek z nadajnikiem fal ultradĨwiĊkowych, spoczywający w chwili

t = 0, zaczyna oddalaü

siĊ od nieruchomego odbiornika ruchem jednostajnie przyspieszonym.

3.1 (2 pkt)

Napisz, jakim ruchem i w którą stronĊ powinien poruszaü siĊ nieinercjalny ukáad odniesienia,

aby opisywany w tym ukáadzie wózek pozostawaá w spoczynku.

Ukáad A

Ukáad B

odbiornik

nadajnik

0

x

G

Įr

u

6

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

2.5 (2 pkt)

Na rysunkach poniĪej przedstawiono schematy dwóch ukáadów zasilających, w których

zastosowano diody prostownicze.

WskaĪ, który z ukáadów A czy B zastosowano w sytuacji opisanej w zadaniu. Oznacz na

wybranym przez Ciebie ukáadzie znakami

+

,

–

oraz

~

prawidáową biegunowoĞü czterech

zacisków ukáadu zasilającego.

Zadanie 3. Wózek (12 pkt)

Wózek z nadajnikiem fal ultradĨwiĊkowych, spoczywający w chwili

t = 0, zaczyna oddalaü

siĊ od nieruchomego odbiornika ruchem jednostajnie przyspieszonym.

3.1 (2 pkt)

Napisz, jakim ruchem i w którą stronĊ powinien poruszaü siĊ nieinercjalny ukáad odniesienia,

aby opisywany w tym ukáadzie wózek pozostawaá w spoczynku.

Ukáad A

Ukáad B

odbiornik

nadajnik

0

x

G

Įr

u

Zadanie 4.4 (4 pkt)

Zadanie 4.5 (2 pkt)

9

Zadanie 5. (12 pkt)

Źródło: CKE 2008 (PR), zad. 4.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

8

Zadanie 4. ĩarówka (12 pkt)

Opór elektryczny wáókna pewnej Īarówki w temperaturze 0

o

C wynosi 88,1 ȍ. ĩarówkĊ

doáączono do Ĩródáa prądu przemiennego o napiĊciu skutecznym 230 V. Podczas Ğwiecenia

przez ĪarówkĊ páynąá prąd o natĊĪeniu skutecznym 261 mA, a opór wáókna Īarówki wskutek

wzrostu temperatury wzrósá

dziesiĊciokrotnie.

Opór elektryczny wáókna zmienia siĊ wraz ze wzrostem temperatury zgodnie z zaleĪnoĞcią





0

1

R R

T

D

 ˜ '

Zadanie 4.1 (2 pkt)

Oblicz moc pobieraną przez Ğwiecącą ĪarówkĊ.

Zadanie 4.2 (2 pkt)

Oblicz natĊĪenie skuteczne prądu w Īarówce podczas wáączania zasilania, gdy temperatura

wáókna wynosi 0

o

C.

Zadanie 4.3 (2 pkt)

Oblicz przyrost temperatury wáókna Īarówki po wáączeniu Īarówki i rozgrzaniu siĊ wáókna.

gdzie:

0

R – opór w temperaturze 0

o

C,

Į – temperaturowy

wspóáczynnik

wzrostu

oporu,

dla wáókna tej Īarówki jest równy 5·10

–3

K

–1

,

ǻT – przyrost temperatury wáókna Īarówki.

Zadanie 5.1 (2 pkt)

Zadanie 5.2 (2 pkt)

Zadanie 5.3 (2 pkt)

10

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

9

Zadanie 4.4 (2 pkt)

Do wáókna Ğwiecącej Īarówki zbliĪono biegun N silnego magnesu.

Zapisz, jak zachowa siĊ wáókno Īarówki po zbliĪeniu magnesu, gdy Īarówka jest zasilana

napiĊciem przemiennym, a jak, gdy jest zasilana napiĊciem staáym.

Zadanie 4.5 (2 pkt)

Oblicz dáugoĞü drutu wolframowego, z którego wykonano wáókno Īarówki, jeĞli wiadomo, Īe

pole powierzchni przekroju poprzecznego drutu wynosi 8·10

–11

m

2

, a opór wáaĞciwy wolframu

w temperaturze 0

o

C jest równy 5˜10

–8

:˜m.

Zadanie 4.6 (2 pkt)

WyjaĞnij, dlaczego temperaturowy wspóáczynnik wzrostu oporu Į dla metali ma wartoĞü

dodatnią, a dla póáprzewodników ma wartoĞü ujemną.

Nr zadania

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

Maks. liczba pkt

2

2

2

2

2

2

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

Zadanie 5.4 (2 pkt)

Zadanie 5.5 (2 pkt)

Zadanie 5.6 (2 pkt)

11

Zadanie 6. (12 pkt)

Źródło: CKE 2009 (PR), zad. 4.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

8

Zadanie 3.6 (3 pkt)

Po pewnym czasie miska wypeániáa siĊ wodą.

Przedstaw na rysunku dalszy bieg promienia Ğwietlnego wiązki Ğwiatáa laserowego

skierowanego na powierzchniĊ wody równolegle do gáównej osi optycznej zwierciadáa.
Wykorzystaj informacjĊ, Īe zaznaczony na rysunku punkt F, jest ogniskiem zwierciadáa

przed wypeánieniem wodą.

F

Zadanie 4. Fotorezystor (12 pkt)

Fotorezystor

jest

póáprzewodnikowym

elementem Ğwiatáoczuáym. Jego opór

elektryczny zmienia siĊ pod wpáywem

padającego Ğwiatáa. Fotorezystory wykonuje

siĊ najczĊĞciej w postaci cienkiej warstwy

póáprzewodnika (np. z siarczku kadmu CdS)

naniesionej na izolujące podáoĪe.

Zadanie 4.1 (2 pkt)

Rysunki poniĪej przedstawiają ukáad pasm energetycznych dla póáprzewodnika, przewodnika

i izolatora, zgodnie z teorią pasmową przewodnictwa ciaá staáych.
a) Zapisz pod rysunkami wáaĞciwe nazwy materiaáów (izolator, póáprzewodnik, przewodnik)

Oznaczenia: pp - pasmo przewodnictwa, pw - pasmo walencyjne, pe - przerwa energetyczna

.............................................

..............................................

..............................................

b) PodkreĞl nazwy tych pierwiastków, które są póáprzewodnikami.

miedĨ

Īelazo

german

rtĊü

krzem

Elektroda

Elektroda

Pod³o¿e

Œwiat³o

CdS

Wiązka Ğwiatáa

laserowego

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

9

Zadanie 4.2 (1 pkt)

Przez domieszkowanie wykonuje siĊ póáprzewodniki, w których noĞnikami wiĊkszoĞciowymi

są elektrony lub dziury.
Zapisz, jak nazywają siĊ noĞniki wiĊkszoĞciowe w póáprzewodniku typu n.

Informacja do zadania 4.3 i 4.4

PoniĪszy wykres przedstawia zaleĪnoĞü natĊĪenia prądu páynącego przez fotorezystor

od napiĊcia przyáoĪonego do jego zacisków przy piĊciu róĪnych wartoĞciach natĊĪenia

oĞwietlenia. NatĊĪenie oĞwietlenia

E (iloĞü Ğwiatáa padającą na jednostkĊ powierzchni)

podano w luksach, lx.

4

0

0

3

2

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5

6

7

8

9

10

I, mA

U, V

E

=

60

0

lx

E

= 3

00

lx

E = 10 lx

E = 40

lx

E =

100 lx

Zadanie 4.3 (3 pkt)

Przeanalizuj wykres i ustal, jak opór elektryczny fotorezystora zaleĪy od natĊĪenia

oĞwietlenia (roĞnie, maleje, nie ulega zmianie). WyjaĞnij tĊ zaleĪnoĞü, odwoáując siĊ do

mikroskopowych wáasnoĞci póáprzewodników.

Nr zadania

3.6 4.1 4.2 4.3

Maks. liczba pkt

3

2

1

3

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

Zadanie 6.1 (2 pkt)

Zadanie 6.2 (1 pkt)

Informacja do zadań 6.3 i 6.4

12

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

9

Zadanie 4.2 (1 pkt)

Przez domieszkowanie wykonuje siĊ póáprzewodniki, w których noĞnikami wiĊkszoĞciowymi

są elektrony lub dziury.
Zapisz, jak nazywają siĊ noĞniki wiĊkszoĞciowe w póáprzewodniku typu n.

Informacja do zadania 4.3 i 4.4

PoniĪszy wykres przedstawia zaleĪnoĞü natĊĪenia prądu páynącego przez fotorezystor

od napiĊcia przyáoĪonego do jego zacisków przy piĊciu róĪnych wartoĞciach natĊĪenia

oĞwietlenia. NatĊĪenie oĞwietlenia

E (iloĞü Ğwiatáa padającą na jednostkĊ powierzchni)

podano w luksach, lx.

4

0

0

3

2

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5

6

7

8

9

10

I, mA

U, V

E

=

60

0

lx

E

= 3

00

lx

E = 10 lx

E = 40

lx

E =

100 lx

Zadanie 4.3 (3 pkt)

Przeanalizuj wykres i ustal, jak opór elektryczny fotorezystora zaleĪy od natĊĪenia

oĞwietlenia (roĞnie, maleje, nie ulega zmianie). WyjaĞnij tĊ zaleĪnoĞü, odwoáując siĊ do

mikroskopowych wáasnoĞci póáprzewodników.

Nr zadania

3.6 4.1 4.2 4.3

Maks. liczba pkt

3

2

1

3

Wypeánia

egzaminator! Uzyskana liczba pkt

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

10

Wykorzystując fotorezystor, którego charakterystykĊ

przedstawiono na poprzedniej stronie, zbudowano

obwód elektryczny (rys).

Zadanie 4.4 (3 pkt)

Wyznacz natĊĪenie oĞwietlenia fotorezystora w przedstawionej sytuacji. Dokonaj niezbĊdnych

obliczeĔ. Przyjmij, Īe mierniki są idealne, a opór wewnĊtrzny baterii jest równy zeru.

Zadanie 4.5 (3 pkt)

Opornik o oporze 2 k: i fotorezystor, którego opór zmienia siĊ w granicach

od 500 :do 2 k: w zaleĪnoĞci od natĊĪenia oĞwietlenia, moĪemy poáączyü ze sobą

szeregowo lub równolegle.
Oblicz i wpisz do tabeli odpowiednie wartoĞci oporów zastĊpczych dla ukáadu opornik –

fotorezystor, w zaleĪnoĞci od sposobu ich poáączenia i natĊĪenia oĞwietlenia fotorezystora.

Rodzaj poáączenia

sáabe oĞwietlenie (

E = 10 lx) silne oĞwietlenie (E = 600 lx)

poáączenie szeregowe, opór w k:

poáączenie równolegáe, opór w k:

Zadanie 6.3 (3 pkt)

Zadanie 6.4 (3 pkt)

13

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

Poziom rozszerzony

10

Wykorzystując fotorezystor, którego charakterystykĊ

przedstawiono na poprzedniej stronie, zbudowano

obwód elektryczny (rys).

Zadanie 4.4 (3 pkt)

Wyznacz natĊĪenie oĞwietlenia fotorezystora w przedstawionej sytuacji. Dokonaj niezbĊdnych

obliczeĔ. Przyjmij, Īe mierniki są idealne, a opór wewnĊtrzny baterii jest równy zeru.

Zadanie 4.5 (3 pkt)

Opornik o oporze 2 k: i fotorezystor, którego opór zmienia siĊ w granicach

od 500 :do 2 k: w zaleĪnoĞci od natĊĪenia oĞwietlenia, moĪemy poáączyü ze sobą

szeregowo lub równolegle.
Oblicz i wpisz do tabeli odpowiednie wartoĞci oporów zastĊpczych dla ukáadu opornik –

fotorezystor, w zaleĪnoĞci od sposobu ich poáączenia i natĊĪenia oĞwietlenia fotorezystora.

Rodzaj poáączenia

sáabe oĞwietlenie (

E = 10 lx) silne oĞwietlenie (E = 600 lx)

poáączenie szeregowe, opór w k:

poáączenie równolegáe, opór w k:

Zadanie 6.5 (3 pkt)

14

Zadanie 7. (10 pkt)

Źródło: CKE 2010 (PR), zad. 2.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

poziom rozszerzony

4

Zadanie 2. Czajnik elektryczny (10 pkt)

Do czajnika elektrycznego, w którym grzaáka ma moc 2000 W, wlano 0,6 kg wody

o temperaturze 13 °C. Czajnik wáączono do prądu elektrycznego i woda ogrzewaáa siĊ aĪ

do zagotowania przez 2 minuty i 30 sekund.

Zadanie 2.1 (2 pkt)

Oblicz pracĊ prądu elektrycznego podczas ogrzewania wody w czajniku do momentu jej

zagotowania.

Zadanie 2.2 (2 pkt)

Oblicz sprawnoĞü ogrzewania wody w czajniku. W obliczeniach przyjmij, Īe ciepáo wáaĞciwe
wody jest równe

K

kg

J

˜

4200

i nie zmienia siĊ podczas ogrzewania wody.

Informacja do zadaĔ 2.3, 2.4 i 2.5

W poniĪszej tabeli przedstawiono wyniki pomiarów wykonanych podczas doĞwiadczenia

z czajnikiem elektrycznym. Temperatura początkowa wody w czajniku przed podáączeniem

go do prądu byáa za kaĪdym razem zawsze taka sama i wynosiáa 13 °C.

Masa wody, kg

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

SprawnoĞü ogrzewania wody, %

57

69

76

79

81

82

Zadanie 2.3 (1 pkt)

Przeanalizuj dane w tabeli i zapisz wniosek dotyczący związku wzglĊdnej straty energii

z masą zagotowywanej wody.

Zadanie 7.1 (2 pkt)

Zadanie 7.2 (2 pkt)

Zadanie 7.3 (1 pkt)

Informacja do zadań 7.3, 7.4 i 7.5

15

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

poziom rozszerzony

5

Zadanie 2.4 (3 pkt)

Narysuj wykres zaleĪnoĞci sprawnoĞci ogrzewania wody w czajniku od jej masy.

Zadanie 2.5 (2 pkt)

WykaĪ, korzystając z danych w tabeli (lub zawartych na wykresie), Īe bezwzglĊdne straty

dostarczonej do czajnika energii rosną wraz z masą ogrzewanej wody.

Nr zadania

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Maks. liczba pkt

2

2

1

3

2

Wypeánia

egzaminator Uzyskana liczba pkt

Zadanie 7.4 (3 pkt)

Zadanie 7.5 (2 pkt)

16

Zadanie 8. (10 pkt)

Źródło: CKE 2010 (PR), zad. 3.

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

poziom rozszerzony

6

Zadanie 3. Transformator (10 pkt)

Transformator zasilono prądem przemiennym o napiĊciu skutecznym U

1

= 230 V, otrzymując

na uzwojeniu wtórnym napiĊcie skuteczne U

2

= 115 V. Do uzwojenia wtórnego doáączono

ukáad skáadający siĊ z dwóch idealnych diod* D

1

i D

2

oraz trzech oporników R

1

, R

2

i R

3

.

* Idealna dioda posiada zerowy opór w kierunku przewodzenia i nieskoĔczenie duĪy opór

w kierunku zaporowym.

Zadanie 3.1 (1 pkt)

Oblicz maksymalne napiĊcie na uzwojeniu pierwotnym.

Zadanie 3.2 (1 pkt)

Zapisz nazwĊ zjawiska, dziĊki któremu energia elektryczna jest przekazywana z uzwojenia

pierwotnego do wtórnego.

Zadanie 3.3 (1 pkt)

Uzupeánij poniĪsze zdanie, wybierając i wpisując wáaĞciwą nazwĊ materiaáu.

(ferromagnetyk, paramagnetyk, diamagnetyk).

Materiaá z którego wykonano rdzeĔ transformatora to ................................................................

Zadanie 3.4 (2 pkt)

Zapisz, na którym uzwojeniu transformatora (pierwotnym czy wtórnym) nawiniĊto wiĊcej

zwojów i oblicz, ile razy wiĊcej.

~

U

1

U

2

D

1

D

2

R

3

R

2

R

1

Zadanie 8.1 (1 pkt)

Zadanie 8.2 (1 pkt)

Zadanie 8.3 (1 pkt)

Zadanie 8.4 (2 pkt)

17

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii

poziom rozszerzony

7

Zadanie 3.5 (2 pkt)

Przeanalizuj schemat elektryczny zamieszczony na poprzedniej stronie i uzupeánij zdania,

wybierając i wpisując wáaĞciwe dokoĔczenia. (szeregowo, równolegle)

JeĪeli diody w danej chwili spolaryzowane są w kierunku zaporowym, to oporniki poáączone
są ........................................................
JeĪeli diody w danej chwili spolaryzowane są w kierunku przewodzenia, to oporniki
poáączone są ........................................................

Informacje do zadaĔ 3.6 i 3.7

Wykorzystując transformator, zbudowano obwód elektryczny skáadający siĊ z kondensatora

o pojemnoĞci 75 µF oraz idealnej diody (rysunek poniĪej). NapiĊcie skuteczne na zaciskach

A i B wynosiáo 115 V, a napiĊcie miedzy punktami M i N po pewnym czasie osiągnĊáo

wartoĞü równą 163 V.

Zadanie 3.6 (1 pkt)

Oblicz áadunek elektryczny zgromadzony na kondensatorze w chwili, gdy napiĊcie na jego

okáadkach wynosi 163 V.

Zadanie 3.7 (2 pkt)

WykaĪ, Īe napiĊcie miedzy punktami M i N po pewnym czasie osiągnĊáo wartoĞü równą 163 V.

WyjaĞnij, dlaczego po naáadowaniu kondensator nie bĊdzie siĊ rozáadowywaá.

Nr zadania

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

Maks. liczba pkt

1

1

1

2

2

1

2

Wypeánia

egzaminator Uzyskana liczba pkt

~

U

1

U

2

C

M

N

B

A

Zadanie 8.5 (2 pkt)

Informacje do zadań 8.6 i 8.7

Zadanie 8.6 (1 pkt)

Zadanie 8.7 (2 pkt)