Fizică 2021

Ministerul Educației Centrul Național de Politici și Evaluare în Educație Examenul național de bacalaureat 2021 Proba E. d) FIZICĂ Filiera teoretică – profilul real, Filiera vocațională – profilul militar • Sunt obligatorii toate subiectele din două arii tematice dintre cele patru prevăzute de programă, adică: A. MECANICĂ, B. ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ, C. PRODUCEREA ȘI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU, D. OPTICĂ • Se acordă zece puncte din oficiu. • Timpul de lucru efectiv este de trei ore. A. MECANICĂ Varianta 4 Se consideră accelerația gravitațională g = 10m/s 2 . I. Pentru itemii 1-5 scrieți pe foaia de răspuns litera corespunzătoare răspunsului corect. (15 puncte) 1. Dacă un corp este tractat în sus de-a lungul unei pante, pe o traiectorie rectilinie, astfel încât modulul vitezei corpului este constant în timp, atunci: a. rezultanta tuturor forțelor care acționează asupra corpului este nenulă și orientată în sensul vitezei; b. energia cinetică a corpului este constantă în timp; c. energia mecanică totală a corpului este constantă în timp; d. accelerația corpului este egală cu accelerația gravitațională. (3p) 2. Sub acțiunea unei forțe F , un corp aflat în mișcare rectilinie are la un moment dat viteza v și accelerația a . Forța acționează pe direcția și în sensul deplasării. Puterea mecanică momentană dezvoltată de forța F este: F F a. P = b. P = c. P = F ⋅ a d. P = F ⋅ v (3p) a v 3. Simbolurile mărimilor fizice şi ale unităţilor de măsură fiind cele utilizate în manualele de fizică, unitatea de d măsură a mărimii exprimate prin raportul este: ∆t a. m b. J c. W d. m/s (3p) 4. Un fir elastic are lungimea nedeformată ℓ 0 = 100 cm și constanta elastică k = 200 N/m . Se taie din acest fir o porțiune de lungime nedeformată ℓ′0 = 25 cm . Sub acțiunea unei forțe deformatoare F = 8 N , porțiunea de lungime ℓ′0 = 25 cm se alungește cu: a. 1 cm b. 2 cm c. 5 cm d. 16 cm (3p) 5. Un corp se deplasează rectiliniu, în lungul axei Ox, sub acțiunea unei forțe orientate pe direcția și în sensul mișcării. Modulul forței depinde de coordonata corpului conform graficului din figura alăturată. Lucrul mecanic efectuat de forță la deplasarea corpului între coordonatele 0 m și 15 m este: a. 36 J b. 90 J c. 117 J d. 180 J (3p) II. Rezolvați următoarea problemă: (15 puncte) Sistemul mecanic din figura alăturată este alcătuit din două corpuri A și B, legate prin intermediul unui fir inextensibil și de masă neglijabilă. Firul este trecut peste un scripete fără frecări și lipsit de inerție, situat în vârful unui plan înclinat. Coeficientul de frecare la alunecare dintre corpul B și suprafața planului înclinat este µ = 0,2 , iar unghiul format de planul înclinat cu orizontala este α ≅ 53° ( sin α = 0,8 ) . La momentul inițial corpurile se află în repaus. Se constată că, după ce sistemul este lăsat liber, accelerația corpului A este orientată în sus și B 2 are valoarea a = 1,2 m/s . În timpul mișcării, corpul A nu atinge scripetele, iar corpul B nu ajunge la baza planului înclinat. a. Reprezentați toate forțele care se exercită asupra corpului B. b. Determinați valoarea tensiunii din fir, dacă mB = 1,0 kg . A c. Determinați valoarea raportului mB / mA dintre masa α corpului B și masa corpului A. d. Calculați distanța parcursă de corpul B în ∆t = 0,5 s din momentul în care sistemul este lăsat liber. III. Rezolvați următoarea problemă: (15 puncte) Un corp având masa m = 2 kg cade, din repaus, de la înălțimea H = 50 m față de sol. După ce corpul parcurge în cădere liberă distanța d = 45 m , pe ultimii 5 m , asupra corpului acționează o forță constantă F , orientată vertical în sus, sub acțiunea căreia corpul se oprește în momentul atingerii solului. Pe toată durata mișcării, interacțiunea cu aerul se consideră neglijabilă. Energia potențială gravitațională se consideră nulă la nivelul solului. Determinați: a. energia potențială gravitațională în momentul în care corpul se află la înălțimea H = 50 m ; b. lucrul mecanic efectuat de greutatea corpului în timpul căderii libere a acestuia pe distanța d = 45 m ; c. valoarea impulsului corpului în momentul în care începe să acționeze forța constantă F ; d. valoarea forței constante F . Probă scrisă la Fizică 1 A. Mecanică  Ministerul Educației Centrul Național de Politici și Evaluare în Educație Examenul național de bacalaureat 2021 Proba E. d) FIZICĂ Filiera teoretică – profilul real, Filiera vocațională – profilul militar • Sunt obligatorii toate subiectele din două arii tematice dintre cele patru prevăzute de programă, adică: A. MECANICĂ, B. ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ, C. PRODUCEREA ȘI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU, D. OPTICĂ • Se acordă zece puncte din oficiu. • Timpul de lucru efectiv este de trei ore. B. ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ Varianta 4 Se consideră: numărul lui Avogadro N A = 6,02 ⋅ 10 23 mol −1 , constanta gazelor ideale R = 8,31J ⋅ mol -1 ⋅ K −1 . Între parametrii de stare ai gazului ideal într-o stare dată există relaţia: p ⋅ V = ν RT . I. Pentru itemii 1-5 scrieţi pe foaia de răspuns litera corespunzătoare răspunsului corect. (15 puncte) 1. Unitatea de măsură în S.I. a raportului dintre căldura specifică și constanta gazelor ideale este: mol kg a. b. c. mol d. kg (3p) kg mol 2. O cantitate dată de gaz ideal efectuează un proces descris de legea p = aV ( a = const.) . Volumul gazului în starea finală este de două ori mai mic decât volumul gazului în starea inițială. Raportul dintre presiunea atinsă de gaz în starea finală și presiunea în starea inițială este: a. 0,5 b. 1 c. 1,5 d. 2 (3p) 3. O cantitate ν de gaz ideal ocupă volumul Vi la presiunea pi . Gazul se destinde la temperatura constantă T până la volumul Vf și presiunea pf . Expresia căldurii schimbate de gaz cu mediul exterior, în timpul acestei transformări, este: p p V V a. Q = ν CV T ln i b. Q = ν CV T ln f c. Q = ν RT ln i d. Q = ν RT ln f (3p) pf pi Vf Vi 4. Într-o butelie se află o cantitate ν = 0,2kmol de hidrogen, considerat gaz ideal, la presiunea p = 16,62 ⋅ 105 Pa și la temperatura t = 47 °C . Volumul buteliei este: a. 32 L b. 94 L c. 320 L d. 940 L (3p) 5. În figura alăturată este reprezentat în coordonate ( p − V ) procesul ciclic (1 → 2 → 3 → 1) suferit de un gaz ideal. Lucrul mecanic total schimbat de gaz cu mediul exterior este: a. −9 pV b. −4,5pV c. 4,5 pV d. 9pV (3p) II. Rezolvaţi următoarea problemă: (15 puncte) Un cilindru orizontal de volum V = 22 L este împărțit în două compartimente printr-un piston subțire, termoizolant, care se poate mișca fără frecare. Pistonul se află iniţial în echilibru. Într-un compartiment al cilindrului se află o masă m1 = 11 g de dioxid de carbon (CO2 ) , cu masa molară µ1 = 44 ⋅ 10−3 kg/mol , iar în celălalt compartiment se află o masă m2 = 16 g oxigen (O2 ) , cu masa molară µ2 = 32 ⋅ 10−3 kg/mol . Temperatura inițială a celor două gaze este t = 27°C . Determinați: a. cantitatea de oxigen din cilindru; b. raportul V1 V2 al volumelor ocupate de dioxidul de carbon și de oxigen; c. densitatea dioxidului de carbon aflat în cilindru; d. temperatura până la care trebuie încălzit dioxidul de carbon, astfel încât pistonul să împartă cilindrul în două compartimente de volume egale. Compartimentul care conține oxigen este menținut la temperatura inițială. III. Rezolvaţi următoarea problemă: (15 puncte) O cantitate de gaz ideal monoatomic (CV = 1,5 R ) efectuează transformarea ciclică 1 → 2 → 3 → 4 → 1 reprezentată în coordonate p − V în figura alăturată. Parametrii de stare ai gazului în starea 1 sunt p = 105 Pa și V = 1 L . Calculați: a. variația energiei interne a gazului între stările 1 și 3 ; b. valoarea căldurii primite de gaz pe parcursul transformării ciclice; c. randamentul unui motor termic care ar funcționa după transformarea ciclică descrisă; d. randamentul unui ciclu Carnot care ar funcționa între temperaturile extreme atinse de gaz în acest proces ciclic. Probă scrisă la Fizică 2 B. Elemente de termodinamică  Ministerul Educației Centrul Național de Politici și Evaluare în Educație Examenul național de bacalaureat 2021 Proba E. d) FIZICĂ Filiera teoretică – profilul real, Filiera vocațională – profilul militar • Sunt obligatorii toate subiectele din două arii tematice dintre cele patru prevăzute de programă, adică: A. MECANICĂ, B. ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ, C. PRODUCEREA ȘI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU, D. OPTICĂ • Se acordă zece puncte din oficiu. • Timpul de lucru efectiv este de trei ore. C. PRODUCEREA ȘI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU Varianta 4 I. Pentru itemii 1-5 scrieţi pe foaia de răspuns litera corespunzătoare răspunsului corect. (15 puncte) 1. Simbolurile mărimilor fizice fiind cele utilizate în manualele de fizică, unitatea de măsură a produsului I ⋅ R este aceeași cu cea a mărimii descrise de relația: P P a. P ⋅ R b. P ⋅ Δt c. d. (3p) U I 2. În graficul din figura alăturată este reprezentată dependența intensității curentului prin trei rezistoare cu rezistențele R1 , R2 și R3 , de tensiunea aplicată la bornele lor. Rezistoarele sunt confecționate din același material, au aceeași lungime, dar au secțiuni transversale diferite. Relația corectă între ariile secțiunilor transversale ale acestora este: a. S1 > S2 > S3 b. S1 < S3 < S2 c. S1 < S2 < S3 d. S2 > S3 > S1 (3p) 3. Dacă, accidental, la bornele unui generator se conectează un conductor de rezistență neglijabilă, intensitatea curentului prin acesta devine I sc . Tensiunea electromotoare a generatorului este E . Puterea maximă Pmax pe care o poate debita generatorul unui circuit cu rezistența electrică aleasă convenabil poate fi exprimată prin relația: E ⋅ Isc E ⋅ Isc a. Pmax = E ⋅ Isc b. Pmax = c. Pmax = d. Pmax = 2E ⋅ Isc (3p) 4 2 4. Secțiunea transversală a unui conductor este străbătută de sarcina electrică Q = 30 C într-un interval de timp ∆t = 2min . Intensitatea curentului electric care parcurge conductorul este: a. 25 A b. 15 A c. 250mA d. 150mA (3p) 5. La bornele unei baterii având parametrii E și r se conectează o grupare serie formată din trei rezistoare identice, având fiecare rezistența R . Randamentul circuitului are valoarea η = 75% . Relația dintre rezistența interioară a bateriei și rezistența electrică a unui rezistor este: a. r = 3R / 2 b. r = R c. r = 2R / 3 d. r = R / 3 (3p) II. Rezolvaţi următoarea problemă: (15 puncte) În circuitul electric a cărui schemă este prezentată în figura alăturată rezistenţele electrice ale rezistoarelor au valorile R = 10 Ω şi R1 = 9 Ω . Cele două generatoare au tensiunile electromotoare E1 = 18 V , E 2 = 15 V şi rezistenţele interioare r1 = 1 Ω şi r2 necunoscută. Intensitatea curentului electric prin rezistorul R este IR = 1,4 A . a. Rezistorul R este confecţionat dintr-un conductor cu rezistivitatea ρ = 3,14 ⋅ 10 −6 Ω ⋅ m şi diametrul secţiunii transversale d = 0,6mm . Determinaţi lungimea conductorului. b. Calculaţi tensiunea electrică la bornele generatorului E1 . c. Determinaţi rezistenţa interioară a generatorului E2 . d. Se înlocuieşte rezistorul R cu un rezistor R x . Determinaţi rezistenţa electrică a acestui rezistor astfel încât intensitatea curentului electric prin generatorul E2 să fie nulă. III. Rezolvaţi următoarea problemă: (15 puncte) În figura alăturată este reprezentată schema unui circuit electric. Bateria are parametrii E = 12 V și r = 1 Ω . Cele trei rezistoare au rezistențele R1 = 13 Ω , R2 = 15 Ω , respectiv R3 = 10 Ω . Iniţial întrerupătorul K este deschis. a. Calculaţi puterea disipată de rezistorul R 1 . b. Determinați energia electrică consumată de rezistorul R3 în ∆t = 15min de funcționare. c. Se închide întrerupătorul K . Calculați puterea totală dezvoltată de baterie. d. Determinați randamentul circuitului în condițiile în care întrerupătorul K este închis. Probă scrisă la Fizică 3 C. Producerea şi utilizarea curentului continuu  Ministerul Educației Centrul Național de Politici și Evaluare în Educație Examenul național de bacalaureat 2021 Proba E. d) FIZICĂ Filiera teoretică – profilul real, Filiera vocațională – profilul militar • Sunt obligatorii to...