Examenul de bacalaureat national 2013
Proba E. d)
Fizica
Filiera teoretica profilul real, filiera vocationala profilul militar.
¤ Sunt obligatorii toate subiectele din doua arii tematice dintre cele patru prevazute de programa, adica: A. MECANICA, B. ELEMENTE DE TERMODINAMICA, C. PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU, D. OPTICA
¤ Se acorda 10 puncte din oficiu.
¤ Timpul de lucru efectiv este de 3 ore.
B. PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU    Varianta 2
Se considera sarcina electrica elementara
e = 1,6·10^-19C.
I. Pentru itemii 1-5 scrieti pe foaia de raspuns litera corespunzatoare raspunsului corect. (15 puncte)
1. Consumurile de energie inregistrate de doua aparate electrice sunt W₁ = 360 kJ si
W₂ = 0,1kWh. Raportul dintre energiile consumate de cele doua aparate W₁/W₂ este:
a. 1;    b. 36;    c. 100;    d. 3600.    (3p)
W₁ = 360000j,   W₂ = 0.1·1000W·3600s = 360000Ws = 360000j,
W₁/W₂ = 1. Raspuns corect: a.    → 3p
2. Un rezistor cu rezistenta R este legat la bornele unei surse de tensiune constanta avand rezistenta interioara r. Tensiunea la bornele sursei este egala cu tensiunea electromotoare a acesteia daca:
a. R = 0;    b. R = r;    c. R = 2r;    d. R → ∞.    (3p)
Un voltmetru montat in paralel cu sursa indica o tensiune la borne egala cu tem a sursei numai daca circuitul este deschis sau daca rezistenta circuitului R → ∞
Raspuns corect: d.   → 3p
3. Simbolurile marimilor fizice fiind cele utilizate in manualele de fizica, relatia care exprima randamentul unui circuit electric simplu este:
a. η = R/r;    b. η = R/(R + r);   c. η = r/(R + r);
d. η = r/R   (3p)
Raspuns corect: b.   → 3p

4. In graficul din figura alaturata este reprezentata dependenta rezistentei unui conductor metalic de lungimea sa. Aria sectiunii transversale a conductorului fiind S = 1mm², rezistivitatea electrica a materialului din care este confectionat conductorul este egala cu:
a.6·10^-7Ω·m;   b.1.2·10^-6Ω·m;   c.12·10^-6Ω·m;
d. 12·10^-5Ω·m.   (3p)
ρ = R·S/l,   ρ = 6Ω·10^-6m²/0.5m =
12·10^-6Ω·m;
Raspuns corect: c.   → 3p
5. Un conductor metalic este parcurs de un curent electric cu intensitatea I = 3,2 mA. Numarul electronilor care trec in Δt = 2 s prin sectiunea transversala a conductorului este:
a. 2·10¹⁶;     b. 4·10¹⁶;     c. 2·10¹⁹;    d. 4·10¹⁹; (3p)
I = n·e/Δt,   n = I·Δt/e.
n = 3.2·10^-3A·2s/1.6·10^-19 = 4·10¹⁶.
Raspuns corect: b.   → 3p

II. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
O baterie este formata prin legarea in paralel a doua surse identice cu rezistentele interioare r₁ = r₂ = 2Ω. La bornele bateriei este conectata o grupare serie formata din doua rezistoare avand rezistentele electrice R₁ = 10Ω si R₂ = 13Ω. Tensiunea la bornele rezistorului R₁ este U₁ = 5V. Neglijand rezistenta electrica a conductorilor de legatura, calculati:
a. rezistenta circuitului exterior;
Rezolvare:
R_ext = R₁ + R₂
R_ext = 10Ω + 13Ω = 23Ω.   → 3p
b. tensiunea la bornele rezistorului R₂;
Rezolvare:
U₁ = I·R₁
I = U₁/R₁ = 5V/10Ω = 0.5A
U₂ = I·R₂
I·R₂
U₂ = 0.5·13Ω = 6.5V .   → 4p
c. sarcina electrica totala ce strabate bateria intr-un interval de timp egal cu un minut;
Rezolvare:
I = ΔQ/Δt
ΔQ = I·Δt
ΔQ = 0.5A·60s = 30C.   → 4p
d. tensiunea electromotoare a unei surse.
Rezolvare:
Daca r₁ = r₂ = 2Ω, → E₁ =E₂ = E
E = I·(R_ext + r_{echiv,paralel}),
r_{echiv,paralel} = r/2 = 1Ω
E = 0.5A·23Ω + 0.5A·1Ω = 12V.   → 4p


III. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
Un bec are doua filamente F1₁ si F₂, ca in schema din figura de mai sus. Becul este conectat la bornele unei surse cu tensiunea constanta U = 12V. Puterea disipata de bec cand ambele intrerupatoare sunt inchise este P = 72W. Cand intrerupatorul K₁ este inchis si intrerupatorul K₂ deschis, becul consuma energia W in intervalul de timp Δt₁ = 3 min. Aceeasi energie W este consumata de bec in intervalul de timp Δt₁ = 6 min daca intrerupatorul K₁ este deschis si intrerupatorul K₂ inchis. Neglijand rezistenta interna a ampermetrului, calculati:
a. raportul rezistentelor electrice R₁/R₂ al celor doua filamente;
Rezolvare:
W = U²·Δt₁/R₁
W = U²·Δt₂/R₂
U²·Δt₁/R₁ = U²·Δt₂/R₂
Δt₁/R₁ = Δt₂/R₂
R₁ /R₂ = Δt₁/Δt₂.  R₁ /R₂ = 1/2 = 0.5.   → 3p
b. intensitatea curentului indicat de ampermetru cand intrerupatorul K₁ este deschis si intrerupatorul K₂ inchis;
P = U²/R₁·R₂/(R₁ + R₂) =
U²(R₁ + R₂)/R₁·R₂ = U²·R₁(1 + R₂/R₁)/R₁·R₂
P = U²·(1 + R₂/R₁)/R₂.
→ R₂ = U²·(1 + R₂/R₁)/P = 144V²·(1 + 2)/72W = 6Ω
I = U/R₂ = 12V/6Ω = 2A.    → 4p
c. puterea minima disipata de becul conectat la tensiunea U, cand cel putin unul dintre intrerupatoare este inchis. Justificati raspunsul.
Rezolvare:
Justificarea raspunsului. Puterea fiind P = U²/R rezulta ca ea este minima cand rezistenta este maxima. Din expresia R₁ /R₂ = 1/2
→ R₂ > R₁> R_{echiv,paralel}(care este mai mica decat rezistenta oricarui rezistor din grupare).
P_min = U²/R₂ = 144V²/6Ω = 24W.    → 4p
d. intervalul de timp Δt in care becul consuma energia W cand ambele intrerupatoare sunt inchise.
Raspuns:
W = (U²/R₂)·Δt₂
W = (U²/R_{echiv,paralel})·Δt
(U²/R_{echiv,paralel})·Δt = (U²/R₂)·Δt₂
R₂= R_{echiv,paralel}·Δt₂/R₂
P = U²/R_{echiv,paralel}
R_{echiv,paralel} = U²/P = 144V²/72W = 2Ω
R₂ =2·6min/6 = 2min.    → 4p

Conversia ^oC(Celsius)«»^oF(Fahrenheit)
Introduceti un numar intr-unul
din domeniile de mai jos:

Celsius
Fahrenheit