Zadania maturalne z Fizyki

Temat: Elektrostatyka

Zadania pochodzą z oficjalnych arkuszy maturalnych CKE, które służyły przeprowadzaniu majowych egzaminów. Czteroznakowy kod zapisany przy każdym zadaniu wskazuje na jego pochodzenie: S/N – „stara”/”nowa” formuła; P/R – poziom podstawowy/rozszerzony; np. 08 – rok 2008.

Zbiór zadań maturalnych w formie arkuszy, możesz pobrać >> TUTAJ <<.

Zadanie 1. (SP06)

Rysunek przedstawia linie pola elektrostatycznego układu dwóch punktowych ładunków.

Analiza rysunku pozwala stwierdzić, że ładunki są

  1. jednoimienne i |qA| > |qB|
  2. jednoimienne i |qA| < |qB|
  3. różnoimienne i |qA| > |qB|
  4. różnoimienne i |qA| < |qB|

Zadanie 2. (SP08)

Gdy w atomie wodoru elektron przejdzie z orbity pierwszej na drugą, to promień orbity wzrasta czterokrotnie. Wartość siły przyciągania elektrostatycznego działającej pomiędzy jądrem i elektronem zmaleje w tej sytuacji

  1. 2 razy.
  2. 4 razy.
  3. 8 razy.
  4. 16 razy.

Zadanie 3. (SP08)

Do pustej metalowej puszki po napoju, położonej tak, że może się toczyć po poziomej uziemionej metalowej płycie, zbliżamy z boku na niewielką odległość dodatnio naelektryzowaną pałeczkę. Wyjaśnij, dlaczego puszka zaczyna się toczyć. Określ, w którą stronę będzie toczyć się puszka.

W wyniku zjawiska indukcji elektrostatycznej na metalowej puszce, od strony pałeczki, pojawia się ładunek elektryczny przeciwnego znaku. Powoduje to przyciąganie puszki i pałeczki. Puszka będzie się toczyć w stronę naelektryzowanej pałeczki.

Zadanie 4. (SP10)

W półprzewodnikach domieszkowych typu n, w stosunku do półprzewodników samoistnych, mamy do czynienia z

  1. niedoborem dziur.
  2. nadmiarem dziur.
  3. niedoborem elektronów.
  4. nadmiarem elektronów.

Zadanie 5. (SP10)

Wykonaną z przewodnika kulkę A naelektryzowano i następnie zbliżono do niej (bez zetknięcia) wiszące na izolujących nitkach metalowe, lekkie, nienaelektryzowane, identyczne kulki k1 i k2.

Przy nitkach wiszących pionowo (rysunek) kulki k1 i k2 byłyby odległe od kulki A odpowiednio o 5 i 10 cm. Po ustaleniu się stanu równowagi prawdą jest, że nitki, na których zawieszone są kulki,

  1. odchyliły się od pionu i kąt odchylenia nitki dla kulki k1 jest równy kątowi odchylenia nitki dla kulki k2.
  2. odchyliły się od pionu i kąt odchylenia nitki dla kulki k1 jest większy niż kąt odchylenia nitki dla kulki k2.
  3. odchyliły się od pionu i kąt odchylenia nitki dla kulki k1 jest mniejszy niż kąt odchylenia nitki dla kulki k2.
  4. nie odchyliły się z położenia równowagi, ponieważ żadna z kulek nie była naelektryzowana.

Zadanie 6. (SP10)

Poniżej przedstawiono wykres zależności wartości natężenia pola elektrostatycznego, wytworzonego przez punktowy ładunek dodatni, od odwrotności kwadratu odległości od tego ładunku E(1/r2).

 

6.1

Uzupełnij poniższe zdanie, wpisując właściwe określenie spośród niżej podanych.

(jednorodnym, centralnym)

Opisane w zadaniu pole elektrostatyczne jest polem ………………………………………………………….

6.2

Korzystając z informacji zawartych na powyższym wykresie, oblicz wartość ładunku, który

jest źródłem pola elektrostatycznego. Do obliczeń przyjmij wartość stałej k = 9· 109 N·m2/C2.

6.1

poprawne uzupełnienie zdania: … centralnym.

6.2

Zadanie 7. (SP12)

Elektroskop można naładować trwale, dotykając talerzyka (główki) elektroskopu naładowaną pałeczką metalową, albo dotykając i przesuwając naelektryzowaną pałeczkę plastykową (jak na rysunku).

7.1

a) Wyjaśnij, dlaczego samo dotknięcie talerzyka pałeczką plastykową daje niewielki efekt i konieczne jest jej przesuwanie.

b) Wyjaśnij, dlaczego przy dotknięciu pałeczką metalową przesuwanie nie jest potrzebne.

 

7.2

Wychylenie listka elektroskopu zależy od różnicy potencjałów między pionowym prętem (wraz z listkiem) a obudową elektroskopu. Aby elektroskop nie rozładowywał się natychmiast po naładowaniu, a listek się wychylał, w budowie elektroskopu musi występować izolator. Zakreśl kółkiem literę oznaczającą właściwe miejsce, w którym znajduje się element izolujący.

a) połączenie talerzyka z pionowym prętem

b) przejście pręta przez obudowę

c) łożysko, na którym obraca się listek

d) połączenie obudowy z nóżką i podstawą

7.1

a) Plastik jest izolatorem, więc ładunki są unieruchomione na jego powierzchni, stąd wynika konieczność przesuwania pałeczki.

b) Metal jest przewodnikiem, ładunki z pałeczki metalowej przepłyną niezależnie od miejsca dotknięcia.

7.2

b) przejście pręta przez obudowę.

Zadanie 8. (SP14)

Po dotknięciu górnej części elektroskopu laską szklaną naładowaną dodatnio obserwujemy odchylenie listka elektroskopu. Po cofnięciu laski listek pozostaje odchylony. Przedstaw mikroskopowy opis zjawisk prowadzących do odchylenia listka. Podaj znak ładunku uzyskanego przez listek i pręt.

Podczas dotknięcia elektroskopu laską szklaną następuje przepływ elektronów z główki elektroskopu na laskę, listek i pręt elektryzują się dodatnio.

Zadanie 9. (NP15)

Na umieszczony w polu elektrostatycznym elektron działa siła o wartości Fel = 6,4·10–17 N.

W tym samym polu wartości sił elektrostatycznych działających na umieszczony tam proton

lub deuteron (jądro izotopu wodoru ) wynoszą odpowiednio:

  1. Fprot = 12,8·10–17 N, Fdeut = 19,2·10–17 N
  2. Fprot = 12,8·10–17 N, Fdeut = 12,8·10–17 N
  3. Fprot = 6,4·10–17 N, Fdeut = 12,8·10–17 N
  4. Fprot = 6,4·10–17 N, Fdeut = 6,4·10–17 N

Zadanie 10. (NP15)

Pole elektryczne pochodzi od trzech dodatnich jednakowych ładunków Q rozmieszczonych w trzech wierzchołkach kwadratu. Narysuj wektor siły wypadkowej działającej na ujemny ładunek umieszczony w środku kwadratu (punkt A).

Zadanie 11. (NP16)

Na nieprzewodzącej nici zawieszono małą kulkę A i naładowano ją ładunkiem dodatnim

równym 15 nC.

11.1

Gdy małą kulkę B o masie 0,2 g umieszczono pod kulką A w odległości 3 cm od niej (rysunek obok), siły działające na kulkę B się równoważyły. Podaj znak ładunku kulki B i oblicz jego wartość.

11.2

Do kulki A przysunięto z boku nienaładowaną metalową kulę C na izolującej podstawce (rysunek obok). Wybierz i zaznacz prawidłowe stwierdzenie 1–3 dotyczące skutku zbliżenia kuli C i uzasadnienie I–III tego stwierdzenia.

11.3

Pod kulką A znajdowała się w równowadze kulka B (zob. rysunek do zad. 14.1). Kulkę B przesunięto nieco w dół i puszczono. Wybierz i zaznacz prawidłowe stwierdzenie 1–3 i uzasadnienie I–III tego stwierdzenia. W tej sytuacji kulka B

11.1

11.2

1 – I

11.3

3 – III.

Zadanie 12. (NP17)

Punktowy ładunek +q, który może poruszać się wzdłuż osi x, znalazł się pomiędzy unieruchomionymi ładunkami +Q i +3Q (parz rysunek). Zakładamy dalej, że jedynymi siłami działającymi na ładunek q są siły oddziaływania ze strony obu tych ładunków.

Napisz, czy ładunek +q w takim położeniu może pozostawać w spoczynku. Odpowiedź uzasadnij.

Zadanie 13. (SR05)

Obwód drgający, będący częścią odbiornika fal elektromagnetycznych, przedstawiono na rysunku. Obwód ten zawiera kondensator o pojemności 10 µF i zwojnicę.

Gdy na okładkę kondensatora doprowadzono ładunek q0 = 200 µC, w obwodzie pojawiły się drgania elektromagnetyczne opisane wzorem

q = q0 cosωt

o okresie równym 12,56·10-6 Opory rzeczywiste w tym obwodzie są tak małe, że je pomijamy.

13.1

Opisz odpowiednim wzorem zależność napięcia na okładkach kondensatora od czasu. Pewne wielkości w tym wzorze nie zależą od czasu. Oblicz ich wartości. Przyjmij π = 3,14.

13.2

Opisz krótko proces przemian energii podczas drgań elektromagnetycznych w tym obwodzie.

13.3

Zapisz, jak zmieniłaby się długość odbieranych fal elektromagnetycznych przez odbiornik, gdyby do kondensatora wsunięto dielektryk o stałej dielektrycznej εr . Odpowiedź uzasadnij.

13.4

Obwód drgają cy II. znajdujący się w stacji nadawczej (rys.) zawiera dwa kondensatory o takiej samej pojemności, jak kondensator rozważanym w zadaniu w obwodzie I. oraz zwojnicę o dwukrotnie mniejszej indukcyjności.

Zapisz, czy odbiornik fal elektromagnetycznych, w którym znajduje się obwód I. będzie w rezonansie z nadajnikiem zawierającym obwód II.? Uzasadnij swoją odpowiedź.

13.1

13.2

W obwodzie następuje zamiana energii elektrycznej na magnetyczną i odwrotnie. Podczas rozładowania kondensatora energia elektryczna kondensatora  zamienia  się  w  energię  pola  magnetycznego zmagazynowanego   wewnątrz   zwojnicy. Ponowne ładowanie kondensatora  (związane  z prądem  indukcyjnym)  związane  jest  z zamianą energii pola magnetycznego na energię pola elektrycznego.

13.3

Długość fali elektromagnetycznej wzrasta.

Wsunięcie dielektryka do kondensatora powoduje wzrost pojemności elektrycznej i jednocześnie wydłużenie okresu drgań. Długość fali elektromagnetycznej zależy wprost proporcjonalnie od okresu, dlatego przy zwiększeniu okresu długość fali też wzrośnie.

Drugi sposób:

13.4

Tak lub obwody są w rezonansie lub T1 = T2 lub f1 = f2

 

Uzasadnienie:

Okresy drgań (częstotliwości) są równe.

T1=2πLC T2=2πL22C=2πLC