Zadanie: Matura CKE Maj 2021 (Fizyka Rozszerzona)

Question

Zadanie 10.
Kilkanaście lat po tym, jak J.J. Thomson odkrył elektron, Robert A. Millikan wykonał doświadczenie, w którym wyznaczył ładunek elektryczny elektronu.

W jednej z wersji tego doświadczenia naelektryzowane kropelki oleju poruszały się w powietrzu, w obszarze jednorodnego pola elektrycznego, pomiędzy równoległymi i przeciwnie naładowanymi płytkami metalowymi. Do naelektryzowania kropelek oleju wykorzystano wiązkę jąder helu $^4	ext{He}$, uzyskaną podczas rozpadu alfa jąder plutonu $^{239}	ext{Pu}$.

Kropelki oleju rozpylano w obszar pola elektrycznego. Obserwacja ruchu kropelki pod mikroskopem pozwalała wyznaczyć jej prędkość (zobacz rysunek poniżej).

[img1]

Na dodatnio naelektryzowane kropelki oleju działają:
• siła grawitacji $\vec{F}_g$
• siła oporu $\vec{F}_{op}$ powietrza, której wartość jest wprost proporcjonalna do wartości prędkości kropelki: $F_{op} \sim v$
• siła elektryczna $\vec{F}_e$ (wtedy, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone). Pytanie 1: W sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest wyłączone, kropelka o masie $m$ i ładunku $q$ opada pionowo ze stałą prędkością o wartości $v$. Natomiast w sytuacji, gdy pole elektryczne pomiędzy płytkami jest włączone (oraz natężenie pola ma odpowiednią wartość) kropelka o masie $m$ i ładunku $q$ wznosi się pionowo ze stałą prędkością o wartości $2v$.

Oblicz iloraz $\dfrac{F_e}{F_g}$ – wartości siły elektrycznej działającej na wznoszącą się kropelkę i wartości siły grawitacji działającej na tę kropelkę.

[odp_otwarta1] Pytanie 2: Kropelka, która początkowo poruszała się w obszarze pola elektrycznego, w wyniku działania siły oporu powietrza wyhamowała i pozostaje nieruchoma. Na nieruchomą kropelkę działają wtedy siła elektryczna oraz siła grawitacji.

Masa kropelki wynosi $m = 6,53 \cdot 10^{-14} 	ext{ kg}$, a natężenie pola elektrycznego działającego na kropelkę ma wartość $E = 2,00 \cdot 10^5 	ext{ N/C}$. Przyjmij do obliczeń, że przyśpieszenie ziemskie ma wartość $g = 9,81 	ext{ m/s}^2$.

Oblicz, jaką całkowitą wielokrotnością $n$ ładunku elementarnego $e$ jest ładunek tej kropelki.

[odp_otwarta1] Pytanie 3: Zapisz równanie reakcji rozpadu opisanej w informacji do zadań 10.3. i 10.4. Uwzględnij w równaniu reakcji liczby masowe i atomowe oraz ustal i zapisz nazwę jądra X.

Równanie reakcji:

[odp_otwarta1]

Nazwa jądra oznaczonego jako X: [luka1] Pytanie 4: Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

[prawda_falsz1] Pytanie 5: Informacja do zadań 10.1. i 10.2.

Kropelka, która w obszarze pomiędzy płytkami wytraciła poziomą składową prędkości na skutek działania siły oporu powietrza, może – zależnie od wartości natężenia pola elektrycznego pomiędzy płytkami – pozostawać w spoczynku, wznosić się lub opadać pionowo.

Przyjmij, że ruch kropelki opisujemy w układzie inercjalnym. Pytanie 6: Informacja do zadań 10.3. i 10.4.

Podczas rozpadu jądra plutonu $^{239}	ext{Pu}$ powstają dwa produkty: jądro helu $^4	ext{He}$ oraz pewne jądro, które oznaczymy jako X.

Instytut Maturalny · Accepted Answer

Odpowiedź 1: 3 Odpowiedź 2: $n = 20$ Odpowiedź 3: uran $\ce{^{235}_{92}U}$ Odpowiedź 4: 1. P 2. P 3. F

Zobacz również podobne zadania

Chcesz zobaczyć więcej rozwiązań z przedmiotu Fizyka Rozszerzona?

1.	Masa jądra plutonu $^{239}\text{Pu}$ jest większa od sumy mas produktów reakcji rozpadu (opisanej w informacji do zadań 10.3. i 10.4.).	P	F
2.	Produkty reakcji rozpadu jądra plutonu $^{239}\text{Pu}$ (opisanej w informacji do zadań 10.3. i 10.4.) uzyskują energię kinetyczną.	P	F
3.	Masa jądra plutonu $^{239}\text{Pu}$ jest większa od sumy mas oddzielnych nukleonów, które tworzą jądro plutonu $^{239}\text{Pu}$ .	P	F