Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę R cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej t=0 do pewnej chwili czasu t. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb.
t, min
0
40
80
120
160
200
240
280
R
0
1275
1749
1903
1966
1986
1996
1998
W powyższym układzie współrzędnych (t, R) narysuj wykres zależności R(t) oraz wyznacz czas T21 połowicznego rozpadu izotopu ołowiu 214Pb.
W tym celu zaznacz punkty pomiarowe, a następnie wykreśl krzywą ciągłą. Wykres narysuj dla przedziału czasu od t = 0 do t = 290 min. Przedstaw (słownie lub za pomocą oznaczeń na wykresie) tok rozumowania prowadzący do wyznaczenia T21.
Matura 2022 • Maj • Rozszerzony • Stara formuła • Zad. 12.2
Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę R cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej t=0 do pewnej chwili czasu t. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb.
t, min
0
40
80
120
160
200
240
280
R
0
1275
1749
1903
1966
1986
1996
1998
Średnią aktywnością izotopu promieniotwórczego w czasie At nazwiemy iloraz
AΔt=ΔtΔN
gdzie ΔN jest liczbą jąder, które uległy rozpadowi (przemianie) w tym czasie.
Oblicz stosunek średniej aktywności badanej próbki w czasie od t=120 min do t=160 min do średniej aktywności badanej próbki w czasie od t=0 do t=40 min.
Matura 2022 • Maj • Rozszerzony • Stara formuła • Zad. 12.3
Izotop ołowiu 214Pb emituje cząstki beta minus w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Detektor rejestruje i zlicza cząstki beta minus emitowane przez próbkę zawierającą ten izotop ołowiu. W tabeli poniżej zapisano łączną liczbę R cząstek beta minus zarejestrowanych przez detektor od chwili początkowej t=0 do pewnej chwili czasu t. Przyjmij, że detektor rejestruje tylko cząstki emitowane przez badany izotop ołowiu 214Pb.
t, min
0
40
80
120
160
200
240
280
R
0
1275
1749
1903
1966
1986
1996
1998
Poniżej przedstawiono nieuzupełnione równanie rozpadu beta minus jądra ołowiu 214Pb.
214Pb→...+β−
Uwaga! W zapisie reakcji pomijamy cząstkę antyneutrino (o zerowym ładunku elektrycznym i zerowej liczbie masowej).
Uzupełnij powyższe równanie rozpadu. Wpisz w wykropkowane miejsca właściwe liczby atomowe, liczbę masową oraz symbol pierwiastka. Skorzystaj z Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych.
Rozważamy ruch windy, gdy wjeżdżała ona na taras widokowy pewnego wieżowca. W chwili początkowej t0=0 winda ruszyła z miejsca i przez pewien czas jechała do góry ze stałym przyśpieszeniem o wartości 0,80 m/s². Od chwili, gdy winda osiągnęła prędkość maksymalną o wartości 18 m/s, dalej poruszała się przez 9 s ruchem jednostajnym. Ostatni etap trasy winda jechała ruchem jednostajnie opóźnionym z przyśpieszeniem (potocznie – opóźnieniem) o wartości 0,80 m/s² – aż do zatrzymania się. W windzie stał człowiek o masie 75 kg. Przyjmij do obliczeń przyśpieszenie ziemskie g=9,8 m/s².
Na poniższym diagramie współrzędnych narysuj wykres zależności F(t) – wartości F siły nacisku, z jaką człowiek działał na podłogę windy, od czasu t ruchu windy, podczas całego opisanego ruchu, licząc od chwili t0. Wykonaj i zapisz odpowiednie obliczenia.
Rozważamy ruch windy, gdy wjeżdżała ona na taras widokowy pewnego wieżowca. W chwili początkowej t0=0 winda ruszyła z miejsca i przez pewien czas jechała do góry ze stałym przyśpieszeniem o wartości 0,80 m/s². Od chwili, gdy winda osiągnęła prędkość maksymalną o wartości 18 m/s, dalej poruszała się przez 9 s ruchem jednostajnym. Ostatni etap trasy winda jechała ruchem jednostajnie opóźnionym z przyśpieszeniem (potocznie – opóźnieniem) o wartości 0,80 m/s² – aż do zatrzymania się. W windzie stał człowiek o masie 75 kg. Przyjmij do obliczeń przyśpieszenie ziemskie g=9,8 m/s².
Oblicz drogę, jaką przejechała winda podczas całego opisanego ruchu, licząc od chwili t0.
Dwa klocki o masach m = 2,0 kg i M = 3,0 kg ułożono na poziomym podłożu jeden za drugim tak, że stykały się ścianami. Oba klocki początkowo były nieruchome. W pewnej chwili zaczęto je pchać stałą siłą F przyłożoną do mniejszego klocka i skierowaną równolegle do podłoża w kierunku większego klocka (zobacz rys. poniżej). Układ obu klocków uzyskał wskutek tego stałe przyśpieszenie o wartości a = 0,60 m/s². Współczynnik tarcia pomiędzy każdym z klocków a podłożem wynosi µ = 0,10. Przyjmij przyśpieszenie ziemskie g = 9,8 m/s².
Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Siła F ma wartość (w przybliżeniu z dokładnością do dwóch cyfr znaczących) A. 1,2N B. 3,0N C. 4,7N D. 7,9N
Dwa klocki o masach m = 2,0 kg i M = 3,0 kg ułożono na poziomym podłożu jeden za drugim tak, że stykały się ścianami. Oba klocki początkowo były nieruchome. W pewnej chwili zaczęto je pchać stałą siłą F przyłożoną do mniejszego klocka i skierowaną równolegle do podłoża w kierunku większego klocka (zobacz rys. poniżej). Układ obu klocków uzyskał wskutek tego stałe przyśpieszenie o wartości a = 0,60 m/s². Współczynnik tarcia pomiędzy każdym z klocków a podłożem wynosi µ = 0,10. Przyjmij przyśpieszenie ziemskie g = 9,8 m/s².
Wartość Fn siły nacisku, z jaką klocek o masie m działa na klocek o masie M, gdy jest pchany, można wyrazić jedynie za pomocą następujących wielkości: wartości F siły, z jaką pchano układ obu klocków, masy m mniejszego klocka oraz masy M większego klocka.
Wyprowadź i zapisz wzór pozwalający obliczyć wartość Fn tylko poprzez m, M oraz F.
Sonda kosmiczna o masie m=104 kg początkowo poruszała się swobodnie (jedynie pod wpływem grawitacji) dookoła Ziemi po orbicie kołowej o promieniu r, z prędkością orbitalną o wartości vor=7,56 km/s (zobacz rys. 1.). W pewnym momencie włączono silniki odrzutowe sondy, odpowiednio zaprogramowane. Przez pewien czas na sondę działała siła odrzutu tak, że sonda poruszała się nadal po orbicie kołowej o promieniu r, a wartość prędkości tej sondy rosła (zobacz rys. 2.). Gdy sonda osiągnęła prędkość vp w chwili tp, silniki odrzutowe wyłączono (zobacz rys. 3.), a sonda zaczęła się oddalać od Ziemi.
Prędkość vp uzyskana przez sondę w odległości r od środka Ziemi była na tyle duża, że umożliwiała sondzie ciągłe oddalanie się od Ziemi oraz osiągnięcie w bardzo dalekiej odległości (gdzie wpływ pola grawitacyjnego Ziemi jest pomijalny) stałej prędkości o wartości v∞=2,00 km/s (zobacz rys. 4.). Masa Ziemi wynosi M=5,97⋅1024 kg.
Do analizy zagadnienia przyjmij uproszczony model zjawiska, w którym: • pomijamy oddziaływanie sondy ze Słońcem oraz innymi ciałami, a także ruch orbitalny Ziemi • pomijamy zmianę masy sondy podczas działania silników odrzutowych • zakładamy, że energia potencjalna sondy bardzo daleko od Ziemi – gdzie wpływ grawitacji ziemskiej jest pomijalny – wynosi zero (zobacz rys. 4.): Epot∞=0.
Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Wartość prędkości początkowej, z jaką sonda rozpoczęła oddalanie się od Ziemi, prawidłowo opisuje relacja: A. vp=rGM
Sonda kosmiczna o masie m=104 kg początkowo poruszała się swobodnie (jedynie pod wpływem grawitacji) dookoła Ziemi po orbicie kołowej o promieniu r, z prędkością orbitalną o wartości vor=7,56 km/s (zobacz rys. 1.). W pewnym momencie włączono silniki odrzutowe sondy, odpowiednio zaprogramowane. Przez pewien czas na sondę działała siła odrzutu tak, że sonda poruszała się nadal po orbicie kołowej o promieniu r, a wartość prędkości tej sondy rosła (zobacz rys. 2.). Gdy sonda osiągnęła prędkość vp w chwili tp, silniki odrzutowe wyłączono (zobacz rys. 3.), a sonda zaczęła się oddalać od Ziemi.
Prędkość vp uzyskana przez sondę w odległości r od środka Ziemi była na tyle duża, że umożliwiała sondzie ciągłe oddalanie się od Ziemi oraz osiągnięcie w bardzo dalekiej odległości (gdzie wpływ pola grawitacyjnego Ziemi jest pomijalny) stałej prędkości o wartości v∞=2,00 km/s (zobacz rys. 4.). Masa Ziemi wynosi M=5,97⋅1024 kg.
Do analizy zagadnienia przyjmij uproszczony model zjawiska, w którym: • pomijamy oddziaływanie sondy ze Słońcem oraz innymi ciałami, a także ruch orbitalny Ziemi • pomijamy zmianę masy sondy podczas działania silników odrzutowych • zakładamy, że energia potencjalna sondy bardzo daleko od Ziemi – gdzie wpływ grawitacji ziemskiej jest pomijalny – wynosi zero (zobacz rys. 4.): Epot∞=0.
Oblicz wartość natężenia pola grawitacyjnego na orbicie kołowej, po której poruszała się sonda.
Sonda kosmiczna o masie m=104 kg początkowo poruszała się swobodnie (jedynie pod wpływem grawitacji) dookoła Ziemi po orbicie kołowej o promieniu r, z prędkością orbitalną o wartości vor=7,56 km/s (zobacz rys. 1.). W pewnym momencie włączono silniki odrzutowe sondy, odpowiednio zaprogramowane. Przez pewien czas na sondę działała siła odrzutu tak, że sonda poruszała się nadal po orbicie kołowej o promieniu r, a wartość prędkości tej sondy rosła (zobacz rys. 2.). Gdy sonda osiągnęła prędkość vp w chwili tp, silniki odrzutowe wyłączono (zobacz rys. 3.), a sonda zaczęła się oddalać od Ziemi.
Prędkość vp uzyskana przez sondę w odległości r od środka Ziemi była na tyle duża, że umożliwiała sondzie ciągłe oddalanie się od Ziemi oraz osiągnięcie w bardzo dalekiej odległości (gdzie wpływ pola grawitacyjnego Ziemi jest pomijalny) stałej prędkości o wartości v∞=2,00 km/s (zobacz rys. 4.). Masa Ziemi wynosi M=5,97⋅1024 kg.
Do analizy zagadnienia przyjmij uproszczony model zjawiska, w którym: • pomijamy oddziaływanie sondy ze Słońcem oraz innymi ciałami, a także ruch orbitalny Ziemi • pomijamy zmianę masy sondy podczas działania silników odrzutowych • zakładamy, że energia potencjalna sondy bardzo daleko od Ziemi – gdzie wpływ grawitacji ziemskiej jest pomijalny – wynosi zero (zobacz rys. 4.): Epot∞=0.
Oblicz pracę mechaniczną, jaką wykonała siła odrzutu podczas przyśpieszania sondy w sposób opisany we wstępie do zadania.
Wskazówka: Obliczenia ułatwi wyrażenie energii mechanicznej sondy w ruchu swobodnym po orbicie kołowej poprzez jej masę m i wartość prędkości orbitalnej vor
Dwie sprężyny o współczynnikach sprężystości odpowiednio k1=100N/m i k2=30N/m zamocowano do ścianek płaskiego naczynia. Sprężyny położono wzdłuż linii prostej, a ich swobodne końce były odległe od siebie o d=20cm (zobacz rys. 1.). Pomiń masy obu sprężyn.
W pierwszym doświadczeniu obie sprężyny rozciągnięto, a ich końce zaczepiono o siebie. Sprężyna o współczynniku k1 rozciągnęła się o długość x1, a sprężyna o współczynniku k2 rozciągnęła się o długość x2 (zobacz rys. 2.). Układ sprężyn pozostawał nieruchomy.
Informacja do zadań 4.2. i 4.3. W drugim doświadczeniu zamocowano do końców obu sprężyn jednorodny klocek o masie m=100g. Sprężyny zamocowane do klocka początkowo nie były napięte (zobacz rys. 3. oraz rys.1.). Klocek wychylono z położenia równowagi o A=5,5cm wzdłuż osi układu (zobacz rys. 4.), a następnie puszczono. W wyniku tego klocek został wprawiony w ruch drgający.
Przyjmij, że klocek ślizga się po poziomym dnie naczynia bez tarcia, a sprężyny nie ulegały bocznym wygięciom. Pod rysunkami na osi x oznaczono położenia klocka.
Dwie sprężyny o współczynnikach sprężystości odpowiednio k1=100N/m i k2=30N/m zamocowano do ścianek płaskiego naczynia. Sprężyny położono wzdłuż linii prostej, a ich swobodne końce były odległe od siebie o d=20cm (zobacz rys. 1.). Pomiń masy obu sprężyn.
Na którym wykresie (A–D) prawidłowo przedstawiono zależność energii kinetycznej Ek drgającego klocka od jego położenia x? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Informacja do zadań 4.2. i 4.3. W drugim doświadczeniu zamocowano do końców obu sprężyn jednorodny klocek o masie m=100g. Sprężyny zamocowane do klocka początkowo nie były napięte (zobacz rys. 3. oraz rys.1.). Klocek wychylono z położenia równowagi o A=5,5cm wzdłuż osi układu (zobacz rys. 4.), a następnie puszczono. W wyniku tego klocek został wprawiony w ruch drgający.
Przyjmij, że klocek ślizga się po poziomym dnie naczynia bez tarcia, a sprężyny nie ulegały bocznym wygięciom. Pod rysunkami na osi x oznaczono położenia klocka.
Dwie sprężyny o współczynnikach sprężystości odpowiednio k1=100N/m i k2=30N/m zamocowano do ścianek płaskiego naczynia. Sprężyny położono wzdłuż linii prostej, a ich swobodne końce były odległe od siebie o d=20cm (zobacz rys. 1.). Pomiń masy obu sprężyn.
Oblicz maksymalną wartość prędkości, jaką uzyska klocek podczas ruchu drgającego.
Wiązka ultradźwięków przechodzi przez granice ośrodków A, B, C w taki sposób, jak przedstawiono na rysunku poniżej. Długości tej fali ultradźwiękowej w każdym z ośrodków A, B, C oznaczymy odpowiednio jako λA, λB, λC. Powierzchnie graniczne ośrodków są do siebie równoległe. Kreską przerywaną oznaczono na rysunku linie pomocnicze.
Wpisz w wykropkowane miejsca poniżej odpowiednie długości fali ultradźwiękowej (wybrane spośród λA, λB, λC) tak, aby otrzymana relacja między nimi była prawdziwa.
Do naczynia zawierającego m1=0,50 kg wody o temperaturze T1=22,0°C – równej temperaturze otoczenia – uczniowie wlali m2=0,50 kg wody o temperaturze T2=32,0°C. Tuż po wymieszaniu wody w naczyniu uczniowie zmierzyli jej temperaturę. Pomiar wskazał temperaturę T=26,5°C.
Zmierzona temperatura wody była niższa od temperatury Tk, którą uczniowie przewidywali w wyniku obliczeń. W obliczeniach temperatury końcowej wody uczniowie pominęli ciepło pobrane przez naczynie oraz ciepło oddane do otoczenia. Przyjmij ciepło właściwe wody równe cW=4200 J/(kg⋅K).
Oblicz temperaturę Tk końcową wody, przewidywaną przez uczniów.
Do naczynia zawierającego m1=0,50 kg wody o temperaturze T1=22,0°C – równej temperaturze otoczenia – uczniowie wlali m2=0,50 kg wody o temperaturze T2=32,0°C. Tuż po wymieszaniu wody w naczyniu uczniowie zmierzyli jej temperaturę. Pomiar wskazał temperaturę T=26,5°C.
Zmierzona temperatura wody była niższa od temperatury Tk, którą uczniowie przewidywali w wyniku obliczeń. W obliczeniach temperatury końcowej wody uczniowie pominęli ciepło pobrane przez naczynie oraz ciepło oddane do otoczenia. Przyjmij ciepło właściwe wody równe cW=4200 J/(kg⋅K).
Wodę ciepłą i zimną uczniowie mogli wymieszać w jednym z trzech naczyń. Uczniowie użyli takiego naczynia, które - w porównaniu z pozostałymi – miało najmniejszy wkład w obniżenie się temperatury względem przewidywanej przez nich temperatury Tk. Zarówno wybrane właściwości materiałów, z których wykonano naczynia, jak i masy naczyń zamieszczono w poniższej tabeli.
Masa, kg
Gęstość, kg/m³
Ciepło właściwe, J/(kg·K)
naczynie 1.
0,10
2 700
900
naczynie 2.
0,40
8 500
380
naczynie 3.
0,20
2 500
730
Którego naczynia użyli uczniowie w doświadczeniu? Zapisz i uzasadnij krótko odpowiedź.
Do naczynia zawierającego m1=0,50 kg wody o temperaturze T1=22,0°C – równej temperaturze otoczenia – uczniowie wlali m2=0,50 kg wody o temperaturze T2=32,0°C. Tuż po wymieszaniu wody w naczyniu uczniowie zmierzyli jej temperaturę. Pomiar wskazał temperaturę T=26,5°C.
Zmierzona temperatura wody była niższa od temperatury Tk, którą uczniowie przewidywali w wyniku obliczeń. W obliczeniach temperatury końcowej wody uczniowie pominęli ciepło pobrane przez naczynie oraz ciepło oddane do otoczenia. Przyjmij ciepło właściwe wody równe cW=4200 J/(kg⋅K).
Oblicz ciepło oddane do otoczenia przez całą wodę w naczyniu od początku doświadczenia do chwili, gdy temperatura wody była równa T = 26,5 °C.
Do naczynia zawierającego m1=0,50 kg wody o temperaturze T1=22,0°C – równej temperaturze otoczenia – uczniowie wlali m2=0,50 kg wody o temperaturze T2=32,0°C. Tuż po wymieszaniu wody w naczyniu uczniowie zmierzyli jej temperaturę. Pomiar wskazał temperaturę T=26,5°C.
Zmierzona temperatura wody była niższa od temperatury Tk, którą uczniowie przewidywali w wyniku obliczeń. W obliczeniach temperatury końcowej wody uczniowie pominęli ciepło pobrane przez naczynie oraz ciepło oddane do otoczenia. Przyjmij ciepło właściwe wody równe cW=4200 J/(kg⋅K).
W kolejnym doświadczeniu do naczynia zawierającego m1 = 0,50 kg wody o temperaturze T1 = 22,0 °C – równej temperaturze otoczenia – uczniowie wlali m2 = 0,50 kg wody o temperaturze T3 = 12,0 °C.
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C i jej uzasadnienie 1., 2. albo 3.
Temperatura wody po wymieszaniu będzie po pewnym czasie
Cykl pracy pewnego silnika cieplnego składa się z przemian, podczas których następuje sprężanie gazu, oraz z przemian, podczas których gaz się rozpręża.
Praca sił parcia gazu podczas jego rozprężania w jednym cyklu wynosi 660 J, a praca sił zewnętrznych (przeciwko siłom parcia) w cyklu podczas sprężania tego gazu jest równa 550 J. Jednocześnie w całym jednym cyklu gaz oddaje do otoczenia łącznie 210 J ciepła.
Jeden mol gazu doskonałego poddano przemianie, w wyniku której objętość tego gazu wzrosła pięciokrotnie, a temperatura bezwzględna wzrosła czterokrotnie.
Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Ciśnienie gazu w opisanej przemianie A. wzrosło 20 razy. B. zmalało 20 razy. C. wzrosło o 25%. D. zmalało o 20%.