Spotkanie z fizyką kl 7 odpowiedzi do podręcznika, Ćwiczenia z Fizyka

Pobierz Spotkanie z fizyką kl 7 odpowiedzi do podręcznika i więcej Ćwiczenia w PDF z Fizyka tylko na Docsity! 1 „Spotkania z fizyką”, klasa 7 Odpowiedzi do zadań I. Pierwsze spotkanie z fizyką 1. Czym zajmuje się fizyka s. 10–11 1. B, E 2. Ciała fizyczne Substancje rower, książka, drzewo, Ziemia, śruba żelazo, papier, plastelina, drewno, woda 3. a) odczytywanie muzyki z CD lub DVD, wskaźnik laserowy b) samochód (silnik spalinowy), kosiarka do trawy (silnik spalinowy lub elektryczny) c) rozmowa przez telefon komórkowy, nawigacja satelitarna 4. obserwacje: A, D; eksperymenty: B, C 5. Podróż na Księżyc nie byłaby możliwa, gdyby nie prace angielskiego uczonego Isaaca Newtona. Sformułował on prawo powszechnego ciążenia, dzięki czemu można było precyzyjnie zaplanować lot. Równie ważnym osiągnięciem była szybka komunikacja między załogą statku kosmicznego i Ziemią za pomocą fal radiowych, których istnienie przewidział ponad 100 lat wcześniej Heinrich Hertz. Lot w kosmos umożliwiło także skonstruowanie odpowiednio dużych silników rakietowych. 2. Wielkości fizyczne, jednostki i pomiary s. 16 1. wysokość, objętość, temperatura, masa 2. Prawidłowa forma to „kilogram pomarańczy”. Samo słowo „kilo” nie oznacza nic. Jest przedrost- kiem, który dopiero po połączeniu z jednostką wielkości fizycznej nabiera znaczenia. 3. A – oznaczenie wielkości fizycznej; B – wartość; C – przedrostek; D – jednostka 4. metr, kilogram, sekunda 5. A, C, D, E, F 6. a) 50 dag = 50 ∙ 1 100 kg = 0,5 kg b) 1200 g = 1200 ∙ 1 1000 kg = 1,2 kg c) 4,5 t = 4,5 ∙ 1000 kg = 4500 kg d) 50 cm = 50 ∙ 1 100 m = 0,5 m e) 20 dm = 20 ∙ 1 10 m = 2 m f) 0,1 km = 0,1 ∙ 1000 m = 100 m g) 25 min = 25 ∙ 60 s = 1500 s h) 3 min 20 s = 3 ∙ 60 s + 20 s = 200 s 2 3. Jak przeprowadzać doświadczenia s. 21–22 1. A – 1mm; B – 0,1 mm; C – 5 g; D – 2℃ 2.a) 637 cm; 0,0235 kg; 12,1 s b) 45 m; 0,31 g; 13 dm 3. Poprawny opis podał Janek. Znak ± określa szerokość przedziału, w którym mieści się określana wielkość. 4. Wartość średnia: 21,1 cm+21,0 cm+21,2 cm+20,9 cm+21,0 cm+21,3 cm+21,1 cm 7 ≈ 21,1 cm 4. Rodzaje oddziaływań i ich wzajemność s. 26–27 1. mechaniczne: II, VIII; grawitacyjne: III, V; magnetyczne: I, VII; elektrostatyczne: IV, VI 2. Zgniatanie gumowej piłki powoduje zmiany jej kształtu, czyli skutek statyczny. Po podrzuceniu piłki zmienia się jej prędkość, a więc występuje skutek dynamiczny. 3. A – statyczny; B – statyczny; C – statyczny i dynamiczny; D – dynamiczny 4. a) b) Na zawieszony magnes działała siła magnetyczna pochodząca od drugiego magnesu. Statyczny skutek oddziaływania – rozciągnięcie sprężyny. Skutek dynamiczny – poruszenie się wiszącego ma- gnesu w kierunku magnesu leżącego. 5. Jeśli jedno ciało oddziałuje na drugie ciało, to także drugie ciało oddziałuje na ciało pierwsze. Nie ma oddziaływań działających „w jedną stronę”. 6. Obie łódki będą się poruszać względem wody niezależnie od tego, która z osób pociągnie linę. To efekt wzajemności oddziaływań. 5 Właściwości i budowa materii 7. Atomy i cząsteczki s. 49 1. ziarenko maku: 1 mm, bakteria: 1μm, grubość włosa: 0,1 mm, atom: 0,0001 μm 2. I – C; II – B, hipotezy nie można potwierdzić, doświadczenie sugeruje, że jest ona nieprawdziwa – zmniejszenie objętości mieszaniny wskazuje, że cząsteczki jednej cieczy są mniejsze niż cząsteczki drugiej cieczy; III – A 8. Oddziaływania międzycząsteczkowe s. 54–55 1. A – I; B – III; C – II 2. np. przez dodanie do wody płynu do zmywania, mydła 3. Rozebranie się utrudniają siły przylegania działające między cząsteczkami wody a skórą człowieka i materiałem, z którego wykonane jest ubranie. 4. A. F (większe są siły przylegania między cząsteczkami arkusza i kleju); B.P; C. F (większe są siły przy- legania); D. P 5. A – duże siły spójności między cząsteczkami tłuszczu; B – duże siły przylegania między cząsteczkami ciała gekona i powierzchni, po której gekon się wspina; C – duże napięcie powierzchniowe 6. Siły spójności cząsteczek wody są dość duże i wywołują znaczne napięcie powierzchniowe. Owad może mieć trudności z przebiciem błonki powstającej na powierzchni kropli i utonąć. 9. Badanie napięcia powierzchniowego s. 59–60 1. A, D, F, I 2. największe – B (duże siły przylegania powodują, że kropla staje się płaska); najmniejsze – C (małe siły przylegania sprawiają, że kropla staje się wypukła) 3. duże – A, B (błonka napięcia powierzchniowego umożliwia owadowi chodzenie po wodzie, a dziec- ku – tworzenie baniek mydlanych); małe – C (zmniejszenie napięcia powierzchniowego umożliwia skuteczniejsze pranie, bo woda głębiej wnika w materiał) 10. Stany skupienia. Właściwości ciał stałych, cieczy i gazów s. 66–67 1. Nie można zmieścić 1,5 kg wody (ciecze są nieściśliwe), ale można zmieścić 2 g powietrza (gazy są ściśliwe). 6 2. a) I – plastik; II – szkło; III – dwutlenek węgla; IV – lód; V – woda b) I – A, E, I, J, K, N, O; II – C, E, I, J, K, O; III – B, F, H, L, M; IV – C, E, I, J, K, O; V – D, G, H, J, K, P 3. Powierzchnia swobodna to górna granica cieczy w naczyniu, miejsce jej styku z otaczającym gazem. 4. Narzędziem przedstawionym na zdjęciu A zarysujemy gips, fluoryt. Przedmiot na zdjęciu B na pew- no można zarysować szmaragdem, diamentem. 11. Masa a siła ciężkości s. 72–73 1. Zdania po poprawieniu: I. Podstawową jednostką ciężaru jest niuton. III. Worek pierza o masie 2 kg ma taki sam ciężar jak butelka napoju o masie 2 kg. V. Ciężar ciała można wyznaczyć za pomocą siłomierza. 2. a) 1200 g = 1200 ∙ 1 1000 kg = 1,2 kg d) 5000 mg = 5000 ∙ 1 1000 000 kg = 0,005 kg b) 400 g = 400 ∙ 1 1000 kg = 0,4 kg e) 4 t = 4 ∙ 1000 kg = 4000 kg c) 150 dag = 150 ∙ 1 100 kg = 1,5 kg 3. a) wieloryb – 50 t, pszczoła – 100 mg, wróbel – 30 g, kot – 3 kg b) wieloryb – 500 kN, pszczoła – 1 mN, wróbel – 0,3 N, kot – 30 N 4. A. =; B. <; C. =; D. > 5. 𝐹g = 𝑚 𝑔 = 10,4 kg ∙ 10 N kg = 104 N 6. Przedmiot Zeszyt Rower Kalkulator Ciężar [N] 1,8 160 0,8 Masa [kg] 0,18 16 0,08 zeszyt: 𝑚 = 𝐹g 𝑔 = 1,8 N 10 N kg = 0,8 kg; rower: 𝑚 = 𝐹g 𝑔 = 160 N 10 N kg = 16 kg; kalkulator: 𝑚 = 0,8 N 10 N kg = 0,08 kg 12. Gęstość s. 77–78 1. A. dąb; B. sosna; C. heban – im większa gęstość drewna, tym większa masa deski o takich samych wymiarach 2. A. aluminium; B. ołów; C. miedź – im mniejsza objętość, tym większa gęstość kuli o takiej samej masie 3. a) 120 cm3 = 120 ∙ 1 1000 000 m3 = 0,00012 m3 b) 25 m3 = 25 ∙ 1000 000 cm3 = 25 000 000 cm3 c) 55 dm3 = 55 ∙ 1 1000 m3 = 0,055 m3 7 d) 22 500 kg m3 = 22 500 ∙ 1000 g 1000 000 cm3 = 22,5 g cm3 e) 5,6 g cm3 = 5,6 ∙ 1 1000 kg 1 1000 000 m3 = 5600 kg m3 f) 0,8 g cm3 = 0,8 ∙ 1 1000 kg 1 1000 000 m3 = 800 kg m3 4. a) 𝑑 = 𝑚 𝑉 = 2,1 g 0,78 cm3 ≈ 2,7 g cm3 b) z aluminium 5. Przekształcając wzór 𝑑 = 𝑚 𝑉 , otrzymujemy: 𝑉 = 𝑚 𝑑 = 0,25 kg 20 kg m3 = 0,0125 m3 = 12,5 dm3. 6. Ze wzoru 𝑑 = 𝑚 𝑉 , otrzymujemy wzór 𝑚 = 𝑑 𝑉, z którego można otrzymać wynik na dwa sposoby: 𝑚 = 0,89 g cm3 ∙ 3 l = 0,89 kg dm3 ∙ 3 dm3 = 2,67 kg, 𝑚 = 0,89 g cm3 ∙ 3 l = 0,89 g cm3 ∙ 3000 cm3 = 2670 g = 2,67 kg. 7. Przekształcając wzór 𝑑 = 𝑚 𝑉 , otrzymujemy masę walizki: 𝑚 = 𝑑 𝑉 = 19,3 kg dm3 ∙ 8 dm3 ≈ 154 kg. Takiej masy nie można utrzymać w dłoni. 8. Przekształcając wzór 𝑑 = 𝑚 𝑉 , otrzymujemy: 𝑉 = 𝑚 𝑑 = 4 ∙ 0,2 g 3,5 g cm3 ≈ 0,23 cm3. 13. Wyznaczanie gęstości s. 81–82 1. objętość (różnica poziomów w cylindrze): 𝑉 = 40 cm3 − 25 cm3 = 15 cm3; niepewność (odczyta- na ze skali): ∆𝑉 = 1 cm3 2. Asia (drewniany klocek): waga kuchenna (dokładność 1 dag), linijka Piotrek (benzyna): waga kuchenna (dokładność 1 dag), cylinder miarowy, flamaster Kinga (łańcuszek): waga jubilerska (dokładność 0,1 g), strzykawka, flamaster 3. Wyznaczona gęstość: 𝑑 = 𝑚 𝑉 = 430 g−210 g 250 cm3 = 0,88 g cm3. Otrzymana gęstość jest mniejsza niż odczytana z tablic. Tomek zawyżył objętość próbki cukru. Część z 250 cm3 objętości szklanki stanowiło powietrze znajdujące się między ziarenkami cukru. 4. – Nalewamy wody do cylindra miarowego (taką jej ilość, aby udało się zanurzyć całe jajko, a woda się nie wylewała). – Odczytujemy objętość wody (liczbę na skali przy poziomie wody). – Zanurzamy jajko. – Ponownie odczytujemy liczbę, jaką wskazuje poziom wody. – Objętość jajka to różnica wskazań. 5. B – objętość jajka i jego masa się nie zmieniły, zaszły jedynie reakcje chemiczne w jego wnętrzu 10 6. Ciśnienie hydrostatyczne słupa wody w rurze podłączonej do pompy nie może być większe od ci- śnienia atmosferycznego naciskającego na powierzchnię wody (podobnie jak w doświadczeniu Torri- cellego). Ciśnienie hydrostatyczne równe ciśnieniu atmosferycznemu panuje w wodzie na głębokości: ℎ = 𝑝 𝑑 𝑔 ≈ 100 000 Pa 1000 kg m3 ∙ 10 N kg = 10 m. 16. Prawo Pascala s. 103–104 1. C 2. Zmiana ciśnienia (z prawa Pascala): ∆𝑝B = ∆𝑝C = ∆𝑝D = 50 kPa. Zmiana parcia: ∆𝐹B = ∆𝑝B𝑆B = 10 000 N, ∆𝐹C = 20 000 N, ∆𝐹D = 25 000 N. 3. B, B, D, H 4. a) Ze wzoru dla prasy hydraulicznej:𝐹2 = 𝐹1 𝑆2 𝑆1 = 𝑚 𝑔 𝑆2 𝑆1 = 900 kg ∙ 10 N kg ∙ 0,2 m2 6 m2 = 300 N. b) 𝑚 = 𝐹2 𝑔 = 300 N 10 N kg = 30 kg 5. 𝐹1 𝑆1 = 𝐹2 𝑆2 , stąd: 𝐹2 = 𝐹1 𝑆2 𝑆1 = 𝐹1 1 200 = 400 kN ∙ 1 200 = 2 kN 6. B 7. a) Objętość wody wypchniętej z małego tłoka (25 cm2 ∙ 20 cm) jest równa objętości wody, jaka znalazła się w dużym tłoku (𝑆2 ∙ 1 cm), zatem: 𝑆2 = 25 cm2 ∙ 20 cm 1 cm = 500 cm2. b) Siła wywierana na duży tłok jest tyle razy większa od siły działającej na mały tłok, ile razy po- wierzchnia dużego tłoka jest większa od powierzchni tłoka małego: 𝐹2 = 250 N ∙ 500 cm2 25 cm2 = 5000 N. 17. Prawo Archimedesa s. 108 1. 𝐹w = 𝑑 𝑉 𝑔 = 791 kg m3 ∙ (0,05 m)3 ∙ 10 N kg ≈ 1 N 2. Objętość ciała (różnica poziomów odczytana ze skali naczynia): 25 cm3, czyli 0,0000025 m3. Siła wyporu: 𝐹w = 𝑑 𝑉 𝑔 = 920 kg m3 ∙ 0,000025 m3 ∙ 10 N kg = 0,23 N. Wyznaczanie ciężaru ciała za pomocą siłomierza nie było konieczne. 3. Przekształcamy wzór na siłę wyporu: 𝑑 = 𝐹w 𝑉 𝑔 = 0,368 N 0,02 m ∙ 0,04 m ∙ 0,05 m ∙ 10 N kg = 920 kg m3 (np. oliwa). 18. Prawo Archimedesa a pływanie ciał s. 113 1. a) naczynie A: 𝐹w = 𝐹g (ciało jest całkowicie zanurzone, jego gęstość jest równa gęstości osłodzonej wody); naczynie B: 𝐹w < 𝐹g (ciało tonie) 11 b) A – na pewno będzie pływać (gęstość większa od gęstości osłodzonej wody) B, C – na pewno utonie (gęstość mniejsza od gęstości osłodzonej wody) 2. Rację miał Krystian. Siły wyporu w rzece i morzu mają takie same wartości, równe ciężarowi statku (równoważą go). Wypływając na morze, statek wpływa w obszar, w którym ciecz ma większą gęstość. Aby siła wyporu równoważyła ciężar statku, konieczne jest wyparcie mniejszej objętości wody. Statek nieco się wynurza. 3. Siła wyporu działa jedynie na zanurzoną część zabawki i równoważy jej ciężar: 𝐹g = 𝐹w = 1000 kg m3 ∙ 1 10 ∙ 0,0008 m3 ∙ 10 N kg = 0,8 N. Powtórzenie Test 1. To trzeba umieć s. 115 1. A, F 2. B 3. A, B 4. A 5. 2, A Test 2. Dobrze, jeśli to umiesz! s. 116–117 1. A (𝑝 = 500 N 2 ∙ 0,025 m2 = 10 000 Pa), C (𝑝 = 500 N 0,025 m2 = 20 000 Pa) 2. C, D 3. B, C 4. B, D 5. C Test 3. Świetnie, jeśli to umiesz! s. 117 1. B 2. C, E 3. Na wolframowy pręcik pływający po powierzchni rtęci działa dodatkowo siła związana z napięciem powierzchniowym, dzięki któremu powierzchnia rtęci zachowuje się jak napięta błona. Jeśli zostanie przebita, pręcik zatonie. 12 Analiza tekstu s. 120 1. Podciśnienie Nadciśnienie – rura odkurzacza podczas jego pracy – wnętrze kartonika z sokiem, gdy pijemy napój przez słomkę – wnętrze pojemnika z żywnością zapakowaną próżniowo – wnętrze napompowywanego balonu – wnętrze opony rowerowej – wnętrze butli płetwonurka napełnio- nej sprężonym powietrzem 2. A. 100 kPa; B. 5 kPa; C. 200 kPa; D. 80 kPa; E. 0,1 kPa 3. C, D 4. B Kinematyka 19. Ruch i jego względność s. 126–127 1. w spoczynku: a, b, d; w ruchu: c 2. Przyjmujemy, że Ziemia jest nieruchoma, kiedy opisujemy ruch ciał po jej powierzchni. Uwzględ- niamy jej ruch wtedy, gdy zajmujemy się np. Układem Słonecznym. 3. Fotograf był w spoczynku względem innych pasażerów, a w ruchu – względem Ziemi. Świadczy o tym ostry obraz ludzi i rozmyty obraz budynków. 4. a) Jednowymiarowego; wystarczy podać odległość ucznia od początku korytarza. b) Dwuwymiarowego; należy podać odległość ucznia od dwóch prostopadłych ścian. c) Trójwymiarowego; oprócz odległości od ścian należy podać wysokość nad poziomem Ziemi. 5. Samochód, który wjeżdża na rondo i skręca w kierunku centrum (rys. A), porusza się ruchem krzy- woliniowym. Zawodnik biegnący po torze nr 9 (rys. B), przekraczający linię mety (biała ciągła linia), porusza się ruchem prostoliniowym. Krople wody spadające z kranu i uderzające w powierzchnię wody (rys. C) poruszają się ruchem prostoliniowym. 6. prostoliniowy: B, C, E ; krzywoliniowy: A, D 7. a) 400 m + 600 m + 400 m = 1400 m b) Ruchem prostoliniowym chce poruszać się Wojtek, ponieważ najkrótsza droga między punktami A i B to prosty odcinek łączący te punkty. c) Wojtek przejdzie 1000 m, zaoszczędzi więc 400 m. 15 2. 3. Motocykliści zbliżają się do siebie z prędkością równą sumie ich prędkości. Czas do spotkania: 𝑡 = 𝑠 𝑣1+𝑣2 = 100 km 60 km h +40 km h = 1 h. Odległość od Krakowa jest równa drodze pokonanej przez motocyklistę jadącego z tego miasta: 𝑠 = 𝑣1 𝑡 = 60 km h ∙ 1 h = 60 km. 4. A. jednostajny (stała prędkość, droga wprost proporcjonalna do czasu); B. jednostajnie przyspieszony z zerową prędkością początkową (prędkość wprost proporcjonalna do czasu); C. jednostajnie przyspieszony (stałe przyspieszenie); D. jednostajny (stała prędkość) 5. a) 𝑣1 = 6 km h (bezpośrednio z wykresu) b) 𝑡2 = 60 min − 45 min = 15 min = 0,25 h (przez tyle czasu jego prędkość była zerowa) c) Suma dróg na pierwszym i trzecim odcinku: 𝑠 = 𝑣1𝑡1 + 𝑣3𝑡3 = 6 km h ∙ 0,75 h + 4 km h ∙ 0,5 h = 6,5 km d) 6. a) I, III (prędkość się zwiększa) b) 6 s + 2 s = 8 s (od 0. do 6. oraz od 10. do 12. s ruchu) c) pole pod wykresem: v(t): 𝑠 = 10 m s ∙ 4s 2 = 20 m d) pole pod wykresem: v(t): 𝑠 = 15 m s ∙ 4 s + 15 m s +25 m s 2 ∙ 2 s = 100 m e) nie, odpowiednie drogi: 𝑠II = 15 m s ∙ 4 s = 60 m, 𝑠IV = 25 m s ∙ 2 s = 50 m f) tak, odpowiednie przyspieszenia: 𝑎I = 15 m s 6 s = 2,5 m s2, 𝑎III = 10 m s 2 s = 5 m s2 16 7. Drogi pokonywane w kolejnych sekundach ruchu mają się do siebie tak, jak kolejne liczby nieparzy- ste. S1 = 1 ∙ 3 cm = 3 cmS2 = 3 ∙ 3 cm = 9 cmS3 = 5 ∙ 3 cm = 15 cm S4 = 7 ∙ 3 cm = 21 cmS5 = 9 ∙ 3 cm = 27 cmS6 = 11 ∙ 3 cm = 33 cm S7 = 13 ∙ 3 cm = 39 cm Powtórzenie s. 154–155 Test 1. To trzeba umieć 1. C 2. B 3. D (𝑣 = 𝑠 𝑡 = 400 km 5,25 h ≈ 76 km h ) 4. A (wykres jest linią prostą); C (𝑣 = 40 m 8 s = 5 m s ) 5. B (ruch ciężarówki był ruchem ze stałym przyspieszeniem) 6. C (𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 = 25 m s −15 m s 5 s = 2 m s2) 7. C, E 8. B, E, G Test 2. Dobrze, jeśli to umiesz! s. 155–156 1.A (𝑣 = 𝑠 𝑡 = 100 m 10 s = 10 m s = 10 ∙ 1 1000 km 1 3600 h = 36 km h ) 2. A (𝑎A = 16 m s −6 m s 5 s = 2 m s2, w ciągu każdej sekundy prędkość zwiększała się o 5 m s ) 3. C (między 4. i 5. s prędkość wzrosła o 5 m s , a między 5. i 6. s – o 4 m s , przyspieszenie się zmieniało) 4. C (𝑣 = 180 m 324 km h = 180 m 90 m s = 2 s) 5. B (prędkość malała liniowo); E (𝑎 = −18 km h 10 s = −5 m s 10 s = −0,5 m s2); I (𝑠 = 10 s ∙ 5 m s 2 = 25 m) 6. B, A (większe pole pod wykresem v(t) dla wykresu A) 17 7. A. prawda (pola pod wykresami v(t) dla przedziału od 13. do 14.s są równe) B. prawda (w ciągu 5 s ruchu prędkość samochodu A wzrosła o około 2 m s , przyspieszenie wynosiło więc około 2 m s 5 s = 0,4 m s2) C. prawda (𝑠A = 10 m s ∙ 4 s = 40 m, 𝑠B = 8 m s ∙ 5 s = 40 m) Test 3. Świetnie, jeśli to umiesz! s. 156–157 1. B (𝑠 = 1,5 m s2 ∙ (2 s)2 2 = 3 m); D (prędkość tramwaju jest wprost proporcjonalna do czasu, a przebyta droga – do kwadratu czasu) 2. C (𝑣 = 𝑠 𝑡1+𝑡2 = 𝑠 1 2𝑠 𝑣1 + 1 2𝑠 𝑣2 = 1 1 2 𝑣1 + 1 2 𝑣2 = 2 𝑣1𝑣2 𝑣1+𝑣2 = 2 ∙ 90 km h ∙ 60 km h 90 km h +60 km h = 72 km h ) 3. A (𝑣 = 75 m 50 s = 1,5 m s ); D (𝑡 = 10 s + 40 s = 50 s) 4. A (przyspieszenie długopisu: 𝑎 = 4 m s 0,4 s = 10 m s2, droga przebyta ruchem jednostajnie przyspieszo- nym: 𝑠 = 10 m s2 ∙ (0,4 s)2 2 = 0,8 m) 5. a) Czas biegu Jacka mieścił się w przedziale 8–10 s, a Michała – w przedziale 9–11 s. Przedziały ma- ją wspólną część, jest zatem możliwe, że rzeczywisty czas biegu Michała był taki sam, jak czas biegu Jacka lub od niego krótszy. Michał może mieć rację. b) Jacek: 𝑣min = 60 m 10 s = 6 m s , 𝑣max = 60 m 8 s = 7,5 m s , Michał: 𝑣min = 60 m 11 s ≡ 5,5 m s , 𝑣max = 60 m 9 s ≈ 6,7 m s , c) 20 Powtórzenie Test 1. To trzeba umieć s. 191–192 1. B 2. 1. F, 2. F, 3. P 3. D (druga zasada dynamiki, a po chwili – pierwsza zasada dynamiki) 4. A (masa ciała: 𝑚 = 𝐹 𝑎 = 5 N 2,5 m s2 = 2 kg) 5. C (trzecia zasada dynamiki) 6. a) stalowa kulka o średnicy 0,5 cm w próżni i piórko w próżni (jednocześnie), stalowa kulka o śred- nicy 1 cm w powietrzu, piłeczka pingpongowa w powietrzu b) Największa siła – stalowa kulka o średnicy 1 cm, najmniejsza siła – piórko (początkowa siła wypad- kowa równa ciężarowi każdego z ciał jest wprost proporcjonalna do masy tych ciał). c) Z takim samym przyspieszeniem będą się poruszać stalowa kulka o średnicy 0,5 cm i piórko (brak siły oporu powietrza, spadek swobodny w próżni z przyspieszeniem10 m s2). Test 2. Dobrze, jeśli to umiesz! s. 192–193 1. A, D 2. A (druga zasada dynamiki, 𝐹 = 𝑚 𝑎 = 1000 kg ∙ 20 m s 10 s = 2000 N); D (pierwsza zasada dynamiki) 3. Ola popełniła błąd, rysując (w obu przypadkach) siły tarcia statycznego o takich samych warto- ściach. Na rysunku A siła tarcia statycznego powinna mieć długość równą długości siły F, a na rysunku B – równą sumie długości sił F1 i F2. Wynika to z pierwszej zasady dynamiki. Test 3. Świetnie, jeśli to umiesz! s. 193 1. C (średnie przyspieszenie ciała wynosiło 10 m s 2 s = 5 m s2; było mniejsze od przyspieszenia ziemskiego, nie był to więc spadek swobodny; prędkość ciała w każdym momencie ruchu była mniejsza od 10 m s , ciało pokonało więc drogę mniejszą niż 20 m) 2. a) siła ciężkości pionowo w dół, siła odrzutu pionowo w górę, siła oporu powietrza pionowo w dół b) Zmniejsza się masa rakiety (na skutek spalania paliwa), zmniejsza się siła oporu powietrza (rakieta leci przez warstwy coraz rzadszego powietrza). c) siła ciężkości pionowo w dół, siła oporu powietrza pionowo w górę Analiza tekstu s. 196 1. odpowiednio pochylona sylwetka, strój przylegający do ciała, jazda w tunelu aerodynamicznym wytworzonym przez innych kolarzy 2. 1. F, 2. P, 3. F 3. B, F 4. bieg sprinterski, skoki narciarskie 21 Praca, moc, energia 29. Energia i praca s. 202–203 1. Przekształcając wzór na pracę obliczamy drogę przebytą przez rowerzystę: 𝑠 = 𝑊 𝐹 = 24 000 J 30 N = 800 m. 2. 𝑊 = 𝐹 𝑠 = 50 N ∙ 0,2 m = 10 J 3. A. 200 MJ, B. 800 kJ, C. 1,6 kJ 4. Podnoszenie plecaka: za pomocą siłomierza trzeba zmierzyć siłę, jaka pozwala na podniesienie plecaka ruchem jednostajnym, a za pomocą taśmy mierniczej – wysokość stołu. Wykonana praca jest iloczynem tych dwóch wielkości. Przesuwanie plecaka: za pomocą siłomierza trzeba zmierzyć siłę, jaka pozwala na przesuwanie pleca- ka ruchem jednostajnym, a za pomocą taśmy mierniczej – drogę pokonana przez plecak. Wykonana praca jest iloczynem tych dwóch wielkości. 5. Praca jest równa: 𝑊 = 𝐹 ℎ = 𝑚 𝑔 ℎ, zatem masa: 𝑚 = 𝑊 𝑔 ℎ = 150 000 J 10 m s2 ∙ 25 m = 600 kg. 6. C (w pozostałych sytuacjach praca wynosi zero – zerowe jest przesunięcie siatki i ściany) 7. a) C (praca jest wprost proporcjonalna do drogi) b) Ze wzoru na pracę: 𝑊 = 𝐹 𝑠, dla dowolnego punktu na wykresie: 𝐹 = 𝑊 𝑠 = 4 J 0,8 m = 5 N. 30. Moc i jej jednostki s. 208 1. Moc pompy jest 3 razy większa od mocy, z jaką pracuje człowiek. Człowiek wykonują taką samą pracę, ale pompa robi to w czasie 3 razy krótszym. 2. 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 9000 J 10 s = 900 W 3. 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 𝐹 𝑠 𝑡 = 500 N ∙ 5000 m 7200 s ≈ 347 W 4. 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 𝐹 𝑠 𝑡 = 2000 N ∙ 4000 m 360 s ≈ 22 kW 5. Przekształcamy wzór na moc: 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 𝐹 𝑠 𝑡 = 𝐹 𝑣. Wyliczamy prędkość: 𝑣 = 𝑃 𝐹 = 420 W 35 N = 12 m s . 6. 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 𝐹 𝑠 𝑡 = 𝐹 𝑣 ≈ 400 N ∙ 22,2 m s ≈ 8,9 kW 7. Przekształcamy wzór na moc: 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 𝐹 𝑠 𝑡 = 𝐹 𝑣. Przy 2 razy większej prędkości motorówki 2 razy większa jest również siła oporu, którą należy pokonać. Niezbędna moc silnika jest 4 razy większa i wynosi 12 kW. 22 31. Energia potencjalna grawitacji i potencjalna sprężystości s. 213 1. Zmiana energii potencjalnej jest wprost proporcjonalna do różnicy wysokości (przemieszczenia) i masy przenoszonego ciała. A. 4 kJ (Magda przemieściła się o 2 piętra, jak w przykładzie, zmiana energii potencjalnej jest więc taka sama) B. 2 kJ (przemieszczenie2 razy mniejsze niż w przykładzie, 2 razy mniejsza jest więc zmiana energii potencjalnej) C. 20 kJ (przemieszczenie 2,5 razy większe niż w przykładzie, masa 2 razy większa, zmiana energii potencjalnej jest zatem 2,5 ∙ 2 = 5 razy większa) D. 4 kJ (przemieszczenie 2 razy mniejsze niż w przykładzie, masa 2 razy większa, zmiana energii po- tencjalnej 0,5 ∙ 2 = 1 jest zatem taka sama jak w przykładzie) 2. Obaj mają rację. Energia potencjalna grawitacji zależy od ustalonego poziomu odniesienia. Można go wybrać dowolnie, ale przy rozwiązywaniu konkretnego zadania należy się tego wyboru ściśle trzymać. 3. 𝐸p = 𝑚 𝑔 ℎ = 1 kg ∙ 10 m s2 ∙ 150 m = 1500 J = 1,5 kJ 4. Ze wzoru na energię potencjalną grawitacji: 𝐸p = 𝑚 𝑔 ℎ wynika: ℎ = 𝐸p 𝑚 𝑔 = 444 000 J 80 kg ∙ 10 N kg = 555 m. 5. Ze wzoru na energię potencjalną grawitacji otrzymujemy: ℎ = ∆𝐸p 𝑚 𝑔 = 200 J 2 kg ∙ 10 N kg = 10 m. 32. Energia kinetyczna, zasada zachowania energii mechanicznej s. 217–218 1. a) chłopiec (ma najmniejszą masę, prędkości są równe) b) chłopiec (energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do masy i kwadratu prędkości; masa chłopca była 2 razy mniejsza niż masa mężczyzny, ale jego prędkość była dwa razy większa, energia kinetyczna chłopca była więc 2 razy większa niż energia kinetyczna mężczyzny; kobieta o masie mniejszej niż masa mężczyzny miała najmniejszą energię kinetyczną) 2. 𝐸k = 𝑚 𝑣2 2 = 70 kg ∙ (4 m s )2 2 = 560 J 3. Energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości. Dwukrotnemu wzrostowi prędkości odpowiada czterokrotny wzrost energii kinetycznej. Tak zwiększy się energia kinetyczna samochodu. 4. I – E; II – F; III – B; IV – A 5. – Naciąganie łuku: na skutek wykonania pracy wzrosła energia potencjalna sprężystości cięciwy. – Rozpędzanie strzały: energia potencjalna sprężystości cięciwy zamieniła się w energię kinetyczną strzały. – Wznoszenie strzały: energia kinetyczna strzały zamieniała się w jej energię potencjalną grawitacji. – Spadanie strzały: energia potencjalna grawitacji strzały zamieniała się w jej energię kinetyczną. – Wbicie w ziemię: energia kinetyczna strzały rozproszyła się w postaci ciepła. 25 3. Wzrost energii wewnętrznej (nagrzewanie się) metalu przeszkadza w jego obróbce. Można temu przeciwdziałać, chłodząc obrabiany przedmiot np. wodą. Część ciepła zostaje wtedy zużyta na ogrza- nie wody, która następnie jest usuwana. 4. Energia wewnętrzna piłki wzrośnie bardziej wtedy, gdy spadnie ona na piasek. Od betonu piłka dobrze się odbija i tylko niewielka część jej energii mechanicznej zamieniana jest w ciepło. W piasku piłka praktycznie zatrzymuje się po upadku, a cała początkowa energia mechaniczna jest zużywana na ogrzanie piłki i otoczenia. 5. Zmiana energii wewnętrznej piłki i otoczenia jest równa (z dokładnością do znaku) zmianie energii kinetycznej piłki: ∆𝐸w = 𝑚 𝑣2 2 2 − 𝑚 𝑣1 2 2 = 0,6 kg ∙ (10 m s )2 2 − 0,6 kg ∙ (8 m s )2 2 = 10,8 J. 35. Sposoby przekazywania ciepła s. 242 1. Między szybami okna znajduje się powietrze, które jest złym przewodnikiem ciepła. Jego obecność zmniejsza szybkość przekazywania ciepła z mieszkania na zewnątrz. 2. 1. P, 2. F ( tylko jeżeli jest różnica temperatur energia może być przekazywana poprzez przewod- nictwo), 3. P, 4. P, 5. F (przepływ ciepła od ogniska do nas następuje głównie dzięki promieniowaniu) 3. Grzejnik należy umieścić w miejscu A. Umieszczenie go przy podłodze wymusi konwekcję w całej objętości pokoju i równomierne jego ogrzewanie. Umieszczenie kaloryfera pod sufitem spowodowa- łoby nagrzewanie tylko części pomieszczenia znajdującej się wysoko. 4. Od płonącego ogniska ogrzewało się powietrze w kopalni. Zwiększanie jego objętości prowadziło do konwekcji i usuwania gazów z wnętrza kopalni. 36. Ciepło właściwe s. 247–248 1. 𝑄 = 𝑐 𝑚 (𝑇2 − 𝑇1) = 450 J kg ∙ ℃ ∙ 0,5 kg ∙ (175℃ − 25℃) = 33 650 J 2. Jeśli dwóm ciałom o równych masach dostarczymy tyle samo ciepła, to bardziej wzrośnie tempera- tura ciała o mniejszym cieple właściwym. Aby temperatury dwóch ciał o takich samych masach zwiększyć o takie same wartości, więcej ciepła należy dostarczyć ciału o większym cieple właściwym. 3. B. 8400 J (taka sama masa, 2 razy większy wzrost temperatury, potrzeba 2 razy więcej ciepła) C. 16 800 J (4 razy większa masa, taki sam wzrost temperatury, potrzeba 4 razy więcej ciepła) D. 33 600 J (4 razy większa masa, 2 razy większy wzrost temperatury, potrzeba 8 razy więcej ciepła) 4. 𝑄 = 𝑐 𝑚 ∆𝑇 = 2430 J kg ∙ ℃ ∙ 1 kg ∙ 30℃ = 72 900 J 5. Wyznaczamy ciepło właściwe: 𝑐 = 𝑄 𝑚 ∆𝑇 = 1804 J 0,2 kg ∙ (30℃−20℃ ) = 902 J kg ∙ ℃ . Z tabeli odczytujemy, że pierścień został wykonany z glinu (aluminium). 26 6. Ze wzoru 𝑄 = 𝑐 𝑚 ∆𝑇 = 𝑐 𝑚 (𝑇k − 𝑇0) wyznaczamy temperaturę końcową: 𝑇k = 𝑇0 + 𝑄 𝑐 ∙ 𝑚 = 20℃ + 42 000 J 4200 J kg ∙ ℃ ∙ 2 kg = 25℃. 7. Ciepło wykorzystane na ogrzanie wody wiążemy z mocą czajnika: 𝑄 = 𝑃 𝑡, i z ciepłem właściwym: 𝑄 = 𝑐 𝑚 ∆𝑇 = 𝑐 𝑚 (100℃ − 𝑇o). Przyrównujemy zapisane wzory: 𝑐 𝑚 (100℃ − 𝑇o) = 𝑃 𝑡; wyznaczamy ogrzewaną masę: 𝑚 = 𝑃 𝑡 𝑐 (100℃−𝑇o) = 2000 W ∙ 240 s 4200 J kg ∙ ℃ ∙ (100℃−20℃) ≈ 1,4 kg. 8. Ciepło właściwe piasku jest mniejsze niż ciepło właściwe wody. Dostarczenie takim samym masom obu substancji takich samych ilości ciepła prowadzi do większego wzrostu temperatury piasku. 9. a) 8 kJ (odczytujemy z wykresu) b) ciała I (widzimy na wykresie) c) Ciepło właściwe ciała II jest 4 razy większe od ciepła właściwego ciała I. Dostarczenie takich samych ilości ciepła obu ciałom (o takich samych masach) spowoduje czterokrotnie mniejszy wzrost tempera- tury ciała II. 37. Zmiany stanu skupienia s. 252 1. A. skraplanie, B. sublimacja, C. krzepnięcie, D. resublimacja, E. parowanie 2. A. skraplanie, B. sublimacja, C. parowanie, D. resublimacja, E. topnienie, F. krzepnięcie (po popra- wieniu błędu na rysunku – strzałka powinna być skierowana w stronę przeciwną) 3. 1. P, 2. F (lód i para wodna to dwa stany skupienia tej samej substancji, wody), 3. P, 4. F (zjawi- skiem odwrotnym do parowania jest przejście substancji ze stanu gazowego w ciekły), 5. P 38. Topnienie i krzepnięcie s. 258 1. ustalone temperatury topnienia: A (1084℃), E (0℃) 4. 1. P, 2. F (te energie są jednakowe), 3. P 3. 𝑄 = 𝑄t 𝑚 = 335 000 J kg ∙ 2 kg = 670 000 J = 670 kJ 4. Ze wzoru 𝑄 = 𝑄𝑡 𝑚 wyznaczamy masę: 𝑚 = 𝑄 𝑄t = 120 000 J 335 000 J kg ≈ 0,358 kg = 358 g. 5. We wzorze 𝑄 = 𝑄t 𝑚 wyrażamy masę lodu przez jego gęstość i objętość 𝑚 = 𝑑 𝑉, otrzymując 𝑄 = 𝑄t 𝑑 𝑉, a następnie objętość lodu wyrażamy przez rozmiary boiska 𝑉 = 𝑎𝑏𝑐, stąd: 𝑄 = 𝑄𝑡 𝑑 𝑎 𝑏 𝑐 = 335 000 J kg ∙ 920 kg m3 ∙ 30 m ∙ 60 m ∙ 0,035 m ≈ 19,4 GJ. 27 39. Parowanie i skraplanie s. 264 1. a) Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy, jej temperatury, ruchu powietrza w otoczeniu, wielkości powierzchni cieczy i wilgotności otoczenia. b) Parowanie odbywa się w każdej temperaturze, w jakiej substancja jest w stanie ciekłym. Jest pro- cesem powolnym, przebiegającym spokojnie. Zachodzi tylko z powierzchni cieczy. Wrzenie odbywa się jedynie w temperaturze wrzenia. Jest procesem gwałtownym. Zachodzi w całej objętości cieczy. 2. B 3. Dmuchając na zupę, usuwamy znad niej warstwę wody, która właśnie wyparowała. Dzięki temu powstaje miejsce na parowanie kolejnych porcji cieczy. Przyspiesza to stygnięcie zupy. 4. Najszybciej wyparuje z naczynia na zdjęciu A. Ciecz w nim ma największą powierzchnię swobodną (pozostałe parametry, od których zależy szybkość parowania, są takie same dla wszystkich naczyń). 5. Temperatura wrzenia alkoholu etylowego wynosi 78,3℃ i jest niższa od temperatury wrzenia wody (100℃), w której alkohol jest już gazem. 6. 𝑄parowanie 𝑄topnienie = 𝑄p 𝑚 𝑄t𝑚 = 𝑄p 𝑄t = 2 258 000 J kg 335 000 J kg ≈ 6,7 razy więcej ciepła (trzeba dostarczyć wodzie) 7. Masa wyparowanej wody to 0,2 kg. Zużyta energia na wyparowanie takiej ilości wody: 𝑄 = 𝑄p 𝑚 = 2260 kJ kg ∙ 0,2 kg = 452 kJ. Masa odparowanej wody jest wprost proporcjonalna do czasu ogrzewania potrawy. Zapisujemy proporcję: 200 ml 20 min = 1000 ml 𝑡 ; otrzymujemy 𝑡 = 100 min. Powtórzenie Test 1. To trzeba umieć s. 267 1. B, B, D 2. B 3. C 4. 1. P, 2. F (sprawiamy, że ta energia się zwiększa), 3. F (kaloryfery produkuje się z metalu, aby do- brze przewodziły ciepło), 4. P 5. B (w czasie skraplania woda oddaje ciepło) 6. a) Próżnia między ściankami termosu jest izolatorem cieplnym, zmniejsza szybkość przepływu cie- pła przez jego ścianki. b) Posrebrzone ścianki odbijają promieniowanie, co zmniejsza przekazywanie ciepła tą drogą. c) W termosie można przechowywać potrawy ciepłe i zimne. Zmieniają one temperaturę bardzo po- woli, ponieważ przepływ ciepła przez ścianki termosu zachodzi bardzo wolno w obie strony.