Gyakoroljatok velünk a fizika érettségire! Az alábbi videókban a 2020 májusi emelt szintű fizika írásbeli vizsga feladatait oldjuk meg.

Többek között leugrunk a tengerpartra, és megnézzük, hogyan kell sótalanítani a tengervizet napenergiával. Kiszámoljuk, hogy mekkora nehézségi erővel vonzza a Merkúr a felszínén lévő 1 kg tömegű testet, valamint Tarzan módjára egy liánba belecsimpaszkodva átlendülünk a szakadék felett.

ELSŐ RÉSZ

1. A képen látható piskóta alakú „körforgalomban” egy biciklis az úttest közepén, állandó nagyságú sebességgel egy teljes „kört” ír le. Mit állíthatunk a gyorsulásáról?

2. A képen egy Van de Graaff-generátor fémgömbje és egy töltetlen, könnyű, fémből készült kis gömbhéj látható, amit fonálon a generátor mellé függesztünk. Mi történik, ha feltöltjük a generátor fémgömbjét?

3. Milyen radioaktív bomlásfolyamat során keletkezhet 94-es rendszámú plutónium atommag 92-es rendszámú urán atommagból?

4. Újabban az időjárási előrejelzésekben nemcsak a várható hőmérsékletet adják meg, hanem azt is, hogy „milyennek érezzük” a levegő hőmérsékletet. Milyen adatok befolyásolhatják a hőérzetünket a hőmérsékleten kívül?

5. A grafikon a hagyományos íj (szaggatott vonal) és a visszacsapó íj feszítéséhez szükséges erőt mutatja annak függvényében, hogy mennyire van kihúzva az íj húrja. Melyik íjjal lehet nagyobb sebességgel kilőni ugyanazt a nyílvesszőt, ha mindkét íjat ugyanannyira húzzuk ki?

6. Egy jól hőszigetelt dobozba vizet teszünk, ebbe pedig egy zárt, rugalmas falú gumiedényben jeget merítünk. (A víz és a jég esetleges olvadéka így nem keveredik össze.) Külön-külön mérjük a hőmérsékletük alakulását normál légköri nyomáson, amíg beáll a hőmérsékleti egyensúly. A három grafikon közül melyik tartozhat a méréshez?

7. Ha egy testet 20 méterről leejtünk egy vákuumkamrában, akkor az esési idejének első felében 5 métert, a második felében 15 métert esik. Mennyit esik a test az esési idejének első felében, ha a légellenállás nem elhanyagolható?

8. A víz levegőre vonatkoztatott törésmutatója 4/3, az üvegé 3/2. Mennyi az üveg vízre vonatkoztatott törésmutatója?

9. Lehetséges-e, hogy két pontszerűnek tekinthető test ütközése során minden kezdeti mozgási energia „elvész”?

10. Egy vasmagos tekercsből és egy kondenzátorból rezgőkört építünk. Hogyan változik a rezgőkör sajátfrekvenciája miközben a vasmagot lassan kihúzzuk a tekercsből?

11. Legfeljebb hány elektron lehet a neonatom 2p elektronhéján?

12. Egy súrlódásmentes asztalon fekvő homogén tömegeloszlású korongra három vízszintes erő hat: F₁ = F₂ = 5 N, valamint F₃ = 10 N. A mellékelt ábrán felülnézetben látható három eset közül melyikben marad nyugalomban a korong?

13. Egy műhold nagy magasságban, körpályán kering a Föld körül. Melyik állítás igaz?

14. Az ábrán látható fémgyűrű felső, homogén félgyűrűjének ellenállása az „A” és „B” pont között 2 Ω, az alsó, szintén homogén félgyűrű ellenállása ugyanezen pontok között 4 Ω. Az „A” és „B” pontok között vagy a „C” és „D” pontok között nagyobb az eredő ellenállás?

15. Az augusztus egyik jellemző csillagászati eseménye a hullócsillagok megjelenése. Miért figyelhetünk meg ilyenkor hullócsillagokat?

MÁSODIK RÉSZ

1. Kondenzátormikrofon

a) Ismertesse, hogy egy síkkondenzátor mely tulajdonságai hogyan határozzák meg annak kapacitását!

b) Mutassa be, milyen elektromos mező jön létre a töltött síkkondenzátor lemezei között! A kondenzátor mely geometriai tulajdonságai hogyan befolyásolják a kialakult elektromos mező térerősségének nagyságát?

c) Indokolja meg, hogy nagyobb felületű membránok esetén miért lehet érzékenyebb a mikrofon ugyanolyan hangerő (azaz ugyanakkora hanghullám által keltett légnyomásváltozás) esetén!

d) Egy f = 1 kHz frekvenciájú hang esetében egy félperiódusnyi idő alatt kb. 25 pC töltés áramlik át a 10 kΩ-os ellenálláson. Körülbelül mekkora feszültségű jelet mérhetünk ennek következtében?

2. Tengervíz sótalanítása napenergiával

a) Milyen halmazállapot-változásokat ismer?

b) Jellemezze a párolgást! Mi a párolgáshő?

c) Magyarázza el a sematikus ábrán látható napenergiás sótalanító működését! Honnan és hol vesz fel energiát a berendezés? Hol történik a folyamatban energialeadás és hogyan? Mi a szerepe a sósvizes tartály sötét színének?

d) Egy 2 m2 felületű készülék óránként 3 dl édesvizet szolgáltat, amikor a napsugárzás teljesítménye vízszintes felületen 800 W/m2 . Mekkora a készülék hatásfoka? (A víz párolgáshője L = 2400 kJ/kg, sűrűsége 1 kg/l.)

e) Hogyan befolyásolja a készülék hatásfokát, ha a második tartály környezetében a talaj felmelegszik? Válaszát indokolja!

3. A homorú tükör képalkotása

a) Mutassa be a fény visszaverődésének törvényét!

b) Ismertesse a homorú gömbtükör legfontosabb jellemzőit, nevezetes sugármeneteit!

c) Mutassa be a képalkotását szerkesztéssel egy a tükörhöz nagyon közel, illetve egy nagyon távol elhelyezett tárgy esetén!

d) Ismertesse a c) pontban megszerkesztett két kép jellemzőit!

e) Értelmezze a valódi kép és látszólagos kép, a képtávolság és tárgytávolság, kép- és tárgynagyság, valamint a nagyítás fogalmát!

f) Ismertesse a leképezési törvényt!

g) Adjon meg két gyakorlati példát a homorú tükör felhasználására

HARMADIK RÉSZ

Az emelt szintű fizika érettségi harmadik részében meg kell oldani a feladatokat, illetve rajzzal, számítással, szöveggel indokolni is szükséges a megoldást. Ügyeljetek arra, hogy a használt jelöléseitek egyértelműek legyenek.

Egy m = 75 kg tömegű ember egy szakadék felé fut vízszintes terepen 6 m/s sebességgel. Pont a szakadék szélén egy faágról hosszú lián lóg le függőlegesen, amit megragad és belekapaszkodik. A lián kilendül az emberrel, és amikor az ember a hintamozgás során átlendülve eléri a holtpontot, elengedi a liánt. Így épp a szakadék túlsó partján pottyan le. A lendülés során az ember tömegközéppontja 10 m sugarú körön mozog.

a) Milyen széles a szakadék?

b) Mekkora erővel kell az embernek a kötélbe belekapaszkodnia (azaz mekkora függőleges erővel kell tartania magát a kötélen) a lendülés első pillanatában?

Egy végtelen hosszúnak tekinthető egyenes vezetőben 2 A erősségű áram folyik.

a) A vezető mellett, attól r₁ = 2 m távolságra, egy q₁ = 10 µC nagyságú töltéssel rendelkező test halad el éppen, a vezetővel párhuzamos irányú sebességgel. A töltésre ekkor ható erő F₁ = 2,4·10^-9 Mekkora ekkor a töltött test sebessége?

b) Egy következő esetben egy másik, pontszerű töltött test halad el a vezetőtől éppen r₂ = 10 cm-re, a vezető irányába, v₂ = 800 m/s sebességgel. Ebben a pillanatban a töltött testre F₂ = 3·10^-8 N erő hat. Mekkora a test töltése?

A Merkúr, Naprendszerünk legbelső bolygója ellipszispályán kering a Nap körül, távolsága a Naptól napközelben körülbelül 46 millió kilométer, míg naptávolban 69,8 millió kilométer.

a) Számítsa ki, hogy mekkora nehézségi erővel vonzza a Merkúr a felszínén lévő 1 kg tömegű testet! b) Mekkora erővel vonzza a Nap ugyanezt a testet, amikor a Merkúr Napközelben, illetve Naptávolban van?

c) A Merkúr napközelben van. A Naphoz legközelebbi pontjában és a Naptól legtávolabb eső pontjában is van egy 1 kg tömegű test. Mekkora a két testre ható eredő gravitációs erők különbsége? (A Merkúr tömege 3,3∙10²³kg, sugara 2440 km. A Nap tömege 1,99∙10³⁰ kg, a gravitációs állandó értéke 6,67∙10^-11 Nm²/kg².)

A Szegeden létrejött ELI-ALPS (Attosecond Light Pulse Source), azaz ELI Attoszekundumos Fényimpulzus Forrás elnevezésű kutatóközpont elsődleges célja, hogy egyedülálló berendezéseivel a lehető legnagyobb ismétlési frekvenciával biztosítson fényimpulzusokat. Ezen rendkívül rövid ideig tartó elektromágneses hullámok frekvenciája a 10¹² Hz tartománytól a röntgensugárzás frekvenciatartartományáig (10¹⁸-10¹⁹ Hz) terjedhet. A Szegedi Lézerközpont lézereinek impulzusai mindössze néhány attoszekundumtól (1 as = 10^–18 s) néhány femtoszekundumig (1 fs = 10^–15 s) terjedő időtartamúak lesznek majd. Az egyik, már működő lézerének csúcsteljesítménye a 2 PW-ot (azaz 2·10¹⁵ W-ot) is eléri. (Ez egy rendkívül rövid ideig tartó fényimpulzus alatt kibocsátott teljesítmény).

a) Körülbelül mekkora a 10¹² Hz frekvenciájú fotonok, illetve a röntgensugárzás fotonjainak energiája?

b) Mekkora egy 10¹⁶ W teljesítményű, 10 as hosszú lézerimpulzus energiája? Hány 1,5⋅ 10¹⁸ Hz frekvenciájú röntgenfoton alkot egy ilyen lézerimpulzust?

c) Mekkora egy 2 PW teljesítményű, 20 J energiát tartalmazó lézerimpulzus időtartama? Milyen gyakorisággal érkeznek ezek az impulzusok, ha a kibocsájtó lézer átlagos teljesítménye 200 W? (h = 6,63·10^-34 Js.)