Download - FÍSICA NIVEL MEDIO PRUEBA 3 - papers.xtremepapers.xyz file(b) El valor de la fuerza de rozamiento máxima puede utilizarse para calcular el coeiciente de rozamiento entre el bloque

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N08/4/PHYSI/SP3/SPA/TZ0/XX+

Miércoles 5 de noviembre de 2008 (mañana)

FÍSICA

NIVEL MEDIO

PRUEBA 3

INSTRUCCIONES PARA LOS ALUMNOS

• Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.

• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.

• Conteste todas las preguntas de dos de las opciones en los espacios provistos.

• Cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su

examen las letras de las opciones que ha contestado.

1 hora

Número de convocatoria del alumno

0 0

© International Baccalaureate Organization 2008

0133

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–2– N08/4/PHYSI/SP3/SPA/TZ0/XX+

Opción A — Ampliación de mecánica

A1. Estapreguntatratadelaintensidaddelcampogravitatorioydelavelocidaddeescape.

(a) Definaintensidad de campo gravitatorio.

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(b) ApartirdelaleydelagravitaciónuniversaldeNewton,deduzcaquelaintensidaddecampogravitatoriogenlasuperficiedeunplanetademasaMyradioR,esproporcionalaM

R2.

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(c) La intensidad de campo gravitatorio en la superficie deVenusgV se relaciona con laintensidaddecampogravitatorioenlasuperficiedelaTierragTporlaecuación

gV =0,87× gT.

ElradiodeVenus RVserelacionaconelradiodelaTierraRTpor

RV =0,96× RT .

CalculelamasadeVenusMVentérminosdelamasadelaTierraMT .

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso


(Pregunta A1: continuación)

(d) (i) DeduzcaquelavelocidaddeescapevdesdelasuperficiedeVenuses

v g R= 2 V V .

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(ii) Indiquesi lavelocidaddeescapedesdelasuperficiedeVenusesigual,mayoromenorquelavelocidaddeescapedesdelasuperficiedelaTierra.

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A2. Estapreguntatratadelrozamientoydelequilibrioderotación.

Unbloqueuniformedemasa5,0kgestáenrepososobreunasuperficiehorizontal.SeaplicaunafuerzaFalbloque,talcomoseindica.

masa = 5,0kg F

superficie

SeaumentagradualmenteelmódulodeFhastaqueelbloquecomienzaamoverse,despuésdelocualFsemantieneconstanteyelbloquecontinúaganandorapidez.LavariaciónconeltiempotdelafuerzaFsemuestraacontinuación.

F/N 20

15

10

5

0

0 1 2 3 4 5 t/s

(a) Indique y explique el valor de la fuerza de rozamiento máxima entre el objeto ylasuperficie.

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Véase al dorso


(Pregunta A2: continuación)

(b) Elvalordelafuerzaderozamientomáximapuedeutilizarseparacalcularelcoeficientede rozamiento entre el bloque y la superficie. Explique si el valor calculado sería elcoeficientederozamientoestáticooelcoeficientederozamientodinámico.

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(c) Ent = 4,0s,laaceleracióndelbloquees0,60ms–2.Calculeelcoeficientederozamientoqueactúaeneseinstanteentreelbloqueylasuperficie.

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(d) SellevaelbloquealreposoysehacequelafuerzaFactúeverticalmentesobreelbloque,talcomosemuestra.SeaumentagradualmenteelmódulodeF,perosudireccióncontinuasiendovertical.Cuandoelbloquecomienzaamoverse,giraalrededordelaaristaP.

F

masa = 5,0kg

superficie P

(i) CalculeelvalormínimodeFqueharájustamentequeelbloquecomienceagirar.

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(ii) IndiqueelvalordeFparaelcualelbloquepierdecompletamenteelcontactoconlasuperficie.

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Opción B — Física cuántica y física nuclear

B1. Estapreguntatratadelaspruebassobrelacuantizacióndelaenergíaenlosátomos.

(a) Indiquequesignificalafrasecuantización de la energía en los átomos.

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(b) Ayudándosedeundiagramarotulado, resumaunmontajeexperimentalpormediodelcualpuedanemitirserayosXapartirdeunamuestradewolframio.

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(Pregunta B1: continuación)

(c) ElgráficosiguientemuestraelespectroderayosXdeunamuestradewolframio.

Intensidad

0

Longituddeonda

Explique qué características de ese espectro de rayos X proporcionan pruebas de lacuantizacióndelosnivelesdeenergíaenlosátomosdewolframio.

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(d) Unadelaslíneasdelespectrodeemisióndelhidrógenoatómicotieneunalongituddeondade410nm. Apartirdeestevalordelongituddeonda,determinequéinformacióncuantitativa puede deducirse sobre algunos de los niveles de energía en el átomodehidrógeno.

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B2. Estapreguntatratadeladesintegraciónβ+-.

Un núcleo de nitrógeno-13, 713

N, experimenta desintegración β+- produciendo un isótopo

delcarbono.

(a) Determine las tres partículas que resultan de la desintegración de un núcleo denitrógeno-13.Indiqueelnúmeromásicoyelnúmeroatómicodecadapartícula.

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3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Identifiquequépartículadelasquehayaindicadoen(a)contienequarks.

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(c) Lasemividadelnitrógeno-13esde10minutos.Determinelaconstantededesintegracióndelnitrógeno-13.

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(d) Unamuestracontieneinicialmente0,13mgdenitrógeno-13.

Calcule

(i) elritmoinicialdeemisióndepartículasβ+-desdelamuestra.

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(ii) lamasadenitrógeno-13quequedadespuésde15minutos.

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Véase al dorso


Páginaenblanco

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Opción C — Ampliación de energía

C1. Estapreguntatratasobrelatermodinámicadeungasideal.

Eldiagramasiguientemuestralarelaciónpresión-volumen(p-V)correspondienteaunamasafijadegasidealquedescribeunciclotermodinámico.

p/×105Pa

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

A

B C

D

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 V /×10

–3m3

(a) DuranteelprocesoA→B,expliquesi

(i) laenergíainternadelgasaumenta,disminuyeopermanecesincambio.

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(ii) setransfiereenergíatérmicaentreelgasysusalrededores.

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(b) DuranteelprocesoB→C,expliquesielgasrealizatrabajosobrelosalrededoresolosalrededoressobreelgas.

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Véase al dorso


(Pregunta C1: continuación)

(c) Calculelaenergíatotaltransferidaduranteunciclo.

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(d) Expliquesi,despuésdeunciclocompleto,laenergíainternadelgasglobalmenteaumenta,disminuyeopermanecesincambio.

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C2. Estapreguntatratasobrelageneracióndeenergíaeléctrica.

Para lageneracióndeenergíaeléctricapuedenutilizarsecentralesdecombustibles fósilesocentralessolares.

(a) Indiqueyexpliquesilasfuentesdeenergíaencadaunadeesascentralesseclasificancomorenovablesonorenovables.

Energíadeloscombustiblesfósiles:

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Energíasolar:

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(b) Discutalasprincipalestransformacionesdeenergíaqueestáninvolucradasenelusodecombustiblesfósilesparagenerarenergíaeléctrica.

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(c) Las células fotovoltaicasy los calentadores solares activos sonambosdispositivosdeenergíasolar.Resumaladiferenciaentreestosdosdispositivos.

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Véase al dorso


(Pregunta C2: continuación)

(d) Indique un inconveniente de la generación de energía por combustibles fósiles yuninconvenientedelosdispositivosdeenergíasolar.

Generacióndeenergíaporcombustiblesfósiles:

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Dispositivosdeenergíasolar:

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Páginaenblanco

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Véase al dorso


Opción D — Física biomédica

D1. Estapreguntatratasobreelescalamiento.

Dosmamíferos,XeY, tienencuerposdeformassimilares. LamasadelmamíferoXesde40kg,mientrasquelamasadelmamíferoYesde10kg.

(a) (i) DeduzcaqueelcocientelongituddelmamíferoXlongituddelmamíferoY

tieneunvalorde1,6.

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(ii) Indiqueunasuposiciónhechaenelcálculode(a)(i).

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(b) LosmamíferosXeYseencuentranexpuestosaunentornomuyfrío.Expliqueporquéla temperatura corporal delmamíferoX debería disminuirmás lentamente que la delmamíferoY.

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D2. Estapreguntatratasobreeloído.

Elgráficosiguientemuestra lavariacióncon la frecuenciadelumbraldeaudiciónparadoshermanosgemelos,FrankyAlbert.

Niveldeintensidadsonora/dB

100

80

60

40

20

0

–20

–40

Clave:

Frank

Albert

101 102 103 104

Frecuencia/Hz

FrankyAlberthantrabajadoenpuestosdistintosdurantemuchosaños.Unpuestodetrabajoeramuytranquiloyelotromuyruidoso.

(a) Haciendoreferenciaalgráfico,sugieracuáldeloshermanosparecehabertrabajadoenelpuestoruidoso.

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(b) Paraunafrecuenciade10000Hz,calculeelcociente

umbraldeintensidadsonorajustamentedetectableporFrankkumbraldeintensidadsonorajustamentedetectableporAlbbert

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Véase al dorso


(Pregunta D2: continuación)

(c) Indiqueuna característica del gráfico que sugiera que uno de los hermanos sufre depérdidadeaudiciónsensorial.

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(d) Una persona con la cóclea dañada tendrá pérdida de audición en estrechos rangos defrecuencias determinados. Explique cómo este fenómeno conduce a una pérdida dediscriminacióndelhabla.

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D3. EstapreguntatratasobreimágenesderayosX.

(a) ResumacómoseproduceunaimagenderayosXporTC(TomografíaComputerizada)eindiquelanaturalezadelaimagen.

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(b) DescribaelusodelbarioenimágenesderayosX.

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Opción E — Historia y desarrollo de la física

E1. Estapreguntatratadelmovimientodeestrellasyplanetas.

Tresobservacionesquepuedenhacerse,concernientesalmovimientorelativoaparentedelosplanetasylasestrellasson:

• lasestrellasnotienenmovimientorelativounasrespectoaotras • losplanetassemuevenrespectoalasestrellasfijas • losplanetascambianelsentidodesumovimiento.

(a) Conlaayudadeundiagrama,expliquecómoelmodelodeAristótelesoelmodelodePtolomeodacuentadeesastresobservaciones.

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(b) Discuta las diferencias entre el modelo del sistema solar de Ptolomeo y el modelodeKepler.

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Véase al dorso


E2. Estapreguntatratasobrelateoríadelcalórico.

(a) Describacómolateoríadelcalóricodabacuentadelaconduccióntérmica.

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(b) DiscutalasobservacionesydeduccionesllevadasacaboporelCondeRumford,en1798,querefutaronlateoríadelcalórico.

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E3. Estapreguntatratasobreteoríasacercadelacargaeléctrica.

(a) Cuandountrozodeplásticosefrotaconunpaño,secargaeléctricamente.Resumacómoexplicaestefenómeno

(i) elmodelodelosdosfluidosdeDuFay.

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(ii) elmodeloatómicomodernodelamateria.

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(b) A finales del siglo XIX, J J Thomson midió la relación carga-masa de un electrón.Resumacómosellevóacaboesamedida.

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Véase al dorso


Opción F — Astrofísica

F1. Estapreguntatratasobrelamedidadedistanciasestelares.

(a) Describaquéseentiendepor

(i) brilloaparente.

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(ii) magnitudaparente.

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(iii) magnitudabsoluta.

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(b) Indique qué propiedad de una estrella está más íntimamente relacionada con sumagnitudabsoluta.

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(c) LaestrellaRoss128tieneunamagnitudaparentequeesmenorquesumagnitudabsoluta.Haciendoreferenciaalaanteriorafirmación,expliqueporquéelmétododelaparalajeestelarpuedeutilizarseparamedirladistanciadeRoss128alaTierra.

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(Pregunta F1: continuación)

(d) Describa cómo puede utilizarse el espectro observado de estrellas muy lejanas paraestimarsumagnitudabsoluta.

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(e) El brillo aparente de Ross 128 es 7,9×10–15Wm–2 y su luminosidad es 1,1×10

21W.DetermineladistanciaenparsecsdeRoss128alaTierra.

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Véase al dorso


F2. EstapreguntatratasobreeldesplazamientoDopplerylaexpansióndeluniverso.

Cuandoseanalizalaluzprocedentedegalaxiaslejanas,seobservaquelaslíneasespectralespresentanundesplazamientoDoppler.

(a) IndiquelarazóndeestedesplazamientoDoppler.

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(b) PenziasyWilsondescubrieronquehabíaunafuenteuniformederadiacióndemicroondasprocedentede todas lasdireccionesdeluniverso. Expliquecómoestedescubrimientoapoyalateoríadeluniversoenexpansión.

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(c) SesugierequeelritmodeexpansióndeluniversohapodidoiraumentandogradualmentedesdeelBigBang.Indiqueydescribaelefecto,silohay,queestateoríapredeciríasobreeldesplazamientoDopplerobservadodelaluzprocedentedegalaxiaslejanas.

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Opción G — Relatividad

G1. EstapreguntatratasobrelaRelatividadEspecial.

Dosobservadoresinerciales,AliceyBob,seestánmoviendounohaciaelotroalolargodelamismalínearecta,conunarapidezrelativaconstantev.AambosladosdeAlice,yaigualdistanciadeella,haydosbombillas,XeY,queestánenreposoenelsistemadereferenciadeAlice.

EldiagramasiguienterepresentalasituaciónsegúnelsistemadereferenciadeBob.

v

bombillaX Alice bombillaY Bob

Alice tiene un interruptor que controla cada bombilla. Las bombillas están inicialmenteapagadas.

(a) Describaqueseentiendeporsistemainercialdereferencia.

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(b) Alice conecta el interruptor produciendo una señal electromagnética que viaja desdeellaalasbombillas.Cuandocualquieradelasbombillasrecibelaseñalelectromagnética,se enciende. Indique y explique el orden en el que la señal llega a las bombillas(primeroX,primeroYo simultáneamente)

(i) segúnAlice.

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(ii) segúnBob.

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Véase al dorso


(Pregunta G1: continuación)

(c) Explique en términos del camino seguido por las ondas electromagnéticas desdeel interruptorhastaBob, porquéBob recibe la luzde la bombillaYantesque la luzprocedentedelabombillaX.

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(d) Dossucesosestándefinidoscomosigue:sucesoP:secierraelinterruptordelabombillaX•sucesoQ:laluzdelabombillaXllegaaAlice.•

AlicemideuntiempotAyBobmideuntiempotB entreesosdossucesos.

(i) Haciendoreferenciaaltiempopropio,discutaladiferenciaentrelosvalorestAytB.

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(ii) Indiqueyexpliquesisurespuestaa(d)(i)seríadiferenteparalasituaciónenlaqueAliceestuvieraalejándosedeBobconunarapidezv,talcomoesmedidaporBob.

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(Pregunta G1: continuación)

(e) LadistanciaqueAlicemideentrelasbombillasesde30,0m.Larapidezves0,90c.

(i) Explique si la longitud propia entre las dos bombillas esmayor, igualomenorque30,0m.

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(ii) Calculeladistanciaentrelasbombillas,talcomolamideBob.

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Véase al dorso


G2. Estapreguntatratasobrelasumarelativistadevelocidadesysobremasarelativista.

Unapartícula,P,seestámoviendoalolargodelejexconunavelocidadconstantede0,950c,respectoalsistemainercialdereferenciadellaboratorio.Eldiagramademásabajorepresentaestasituaciónsegúnelsistemadereferenciadellaboratorio.

0,950c

P

Lapartícula sedesintegra. Unode losproductosde ladesintegraciónesunapartículamaspequeña,Q,demasaenreposo940MeVc–2queesexpulsadaavelocidad0,900calolargodelejex,respectoalsistemadereferenciadeP.

EldiagramasiguienterepresentalasituaciónsegúnelsistemadereferenciadeP.Nosemuestranlosdemásproductosdeladesintegración.

0,900c

P Q

(a) CalculelavelocidaddelaparticularQ talcomoesmedidaenelsistemadereferenciadellaboratorio.

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(b) CalculeladiferenciaentrelamasadelapartículaQenelsistemadereferenciadePyenelsistemadereferenciadellaboratorio.

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Opción H — Óptica

H1. Estapreguntatratadeladispersión.

Diagrama1muestra dos prismas idénticosAyB. El prismaB está invertido respecto delprismaA.

Diagrama 1

A B

SehaceincidirsobreelprismadevidrioAunestrechohazdeluzblanca,talycomosemuestraendiagrama2.

Diagrama 2

AA


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Véase al dorso


(Pregunta H1: continuación)

TodalaluzincidentesobreelprismaAatraviesaelprismaB.

(a) (i) Sobrediagrama 2delapáginaanterior,dibujelíneasquemuestrenelcaminodeunrayodeluzrojayeldeunrayodeluzazulatravesandoelprismaAyemergiendodeél.RotulelastrayectoriasconRparaelrojoyBparaelazul. [2]

(ii) Sobrediagrama 2delapáginaanterior,dibujeelprismaBenelcaminodelaluzquehapasadoatravésdelprismaA.Dibujelaslíneas,trazadasen(a),paraquemuestrenlatrayectoriadelrayodeluzrojaydelrayodeluzazulatravesandoelprismaByemergiendodeél. [2]

(b) SesitúaunapantallaenelcaminodelaluzemergentedelprismaB.Describaelaspectoquepresentalaluzsobrelapantalla.

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H2. Estapreguntatratasobrelareflexiónylarefraccióndelaluzdeunláser.

(a) Definaíndice de refracción.

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(b) Unhazdeluzláserincidesobreunasuperficiedeseparaciónvidrio-aire.

aire

vidrio

(i) Sobreeldiagramaanterior,dibujerayosquemuestrenelrayoreflejado(rotúleloconL)yelrayorefractado(rotúleloconR). [1]

(ii) Seaumentagradualmenteelángulodeincidenciadelhaz.Deduzcacómocambiaráel trayectode la luz láserparaángulosde incidenciadehasta80

. El índicederefraccióndelvidrioes1,5.

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(Esta opción continúa en la página 32)

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Véase al dorso


Páginaenblanco

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(Opción H: continuación)

H3. Lapreguntasiguientetratasobreeltelescopioastronómico.

Untelescopio,ajustadonormalmente,seapuntahaciaunobjetodistante.Sobrelalenteobjetivoincidenrayosdeluzparalelos,comosemuestraenlafigura.

lenteobjetivo lenteocular

F

Sedisponenlaslentesdemodoquesuspuntosfocalescoincidanenlamismaposición,rotuladacomoFeneldiagrama.

(a) (i) Sobre el diagrama anterior, construya un diagrama de rayos para localizar laimagenfinal. [3]

(ii) Sobreeldiagramaanterior,rotuleconlaletraEellugardondesedebesituarelojoparavisualizarlaimagen. [1]

(iii) Indique,conunabreveexplicación,lalocalizacióndelaimagenfinal.

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(Pregunta H3: continuación)

(b) Utilicesudiagramaparaexplicarporquélaimagenproducidaporeltelescopioestá

(i) ampliada.

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(ii) invertida.

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