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Escola Secundária com 3º Ciclo do Ensino Básico Dr. Joaquim de Carvalho 3080-210 Figueira da Foz

Telefone: 233 401 050

Fax: 233 401 059

E-mail: esjcff@mail.telepac.pt

Correcção do 6º Teste de Avaliação Avaliação de Física 12º ano, turma A

1 de Junho Junho de 2006 GRUPO I

Versão 1

Versão 2

1.

(C)

1. (A)

2.

(E)

2. (B)

3.

(C)

3. (D)

4.

(C)

4. (D) GRUPO II

1. 1.1. As resistências de 60 W e 30 W estão ligadas em paralelo:

1 Rparalelo

1 1 + ⇔ Rparalelo = 20 Ω 60 30

=

A resistência de 28 W está ligada em série com a resistência anterior:

Rsérie = 28 + 20 = 48 Ω Assim a resistência equivalente às três resistências exteriores é de 1.2. O amperímetro

A1

48 Ω .

mede a intensidade da corrente eléctrica que sai do gerador:

ε = Rtotal I ⇔ 15 = (48 + 2) I ⇔ I =

15 = 0,30 A 50

(Note-se que no cálculo da resistência

total teve que se considerar não só as três resistências exteriores, como também a resistência interna da pilha.) O voltímetro

V1

marca a diferença de potencial entre os terminais da pilha:

U gerador = ε − rint I ⇔ U gerador = 15 − 2 × 0,30 ⇔ U gerador = 14,4 V O amperímetro

A2

marca a intensidade da corrente eléctrica que percorre a resistência de

Designando esta intensidade por resistência de

60 Ω

por

IA

30 Ω .

e designando a intensidade da corrente eléctrica que percorre a

I B , conclui-se o seguinte:

1  ______   I A + I B = 0,30 A  I = 0,20 A   I A + I A = 0,30 ⇔  ⇔  ⇔  A 2  1  ________ 60 I B = 30 I A  I B = 2 I A  ____________ O voltímetro V2 marca a diferença de potencial entre os terminais da resistência de 30 Ω : U 2 = RI ⇔ U 2 = 30 × 0,20 ⇔ U 2 = 6,0 V 1.3. A

intensidade

da

corrente

eléctrica

que

I B = 0,30 − I A = 0,30 - 0,20 = 0,10 A Q IB = ⇔ Q = I B ∆t = 0,10 × 30 = 3,0 C ∆t

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percorre

a

resistência

de

60 Ω

é


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Professor: Carlos Portela

1.4. A intensidade da corrente eléctrica que percorre a resistência de

28 Ω

é a que sai do gerador,

I = 0,30 A .

 P = RI 2 ⇔ P = RI 2 ∆t ⇔ P = 28 × (0,30) 2 × 60 ≈ 151 J   E = P∆t

2. 2

v2 v2 v2  4  v2 2.1. L = L0 1 − 2 ⇔ 20 = 65 1 − 2 ⇔ 1 − 2 =   ⇔ 2 ≈ 0,9053 ⇔ v ≈ 0,951c c c c c  13  L L 20 anos - luz 2.2. v = ⇔ ∆t = ⇔ ∆t = ≈ 21,0 anos ∆t v 0,951c

3. 3.1. W

= 4,08 eV = 6,53 × 10 -19 J

E fotao =

hc

λ

⇔ Efotao =

6,626 × 10 −34 × 3 × 10 8 ≈ 7,10 × 10 −19 J 280 × 10 −9

Como a energia de cada fotão é superior à energia mínima para “arrancar” um electrão da superfície de metal (função trabalho) ocorre efeito fotoeléctrico.

3.2.

E c = E fotão − W ⇔

1 2 1 mv = 7,10 × 10 −19 − 6,53 × 10 −19 ⇔ × 9,11 × 10 −31 v 2 = 5,71 × 10 − 20 ⇔ 2 2

v = 3,5 × 10 5 m s -1

4.

A

4.1. O valor da resistência e da capacidade influenciam o tempo médio de descarga, ou seja, a constante de tempo

τ = RC .

Assim, para a mesma capacidade, quanto maior for a resistência maior será o tempo

médio de descarga. Ora a descarga é nitidamente mais lenta (demora mais tempo) no gráfico B.

4.2. Descarga do condensador:

U (t ) = U 0 e

t RC −

RC

U (τ ) = U 0 e RC = U 0 × e −1 ≈ U 0 × 0,37 Aplicando ao gráfico A verifica-se que U (τ ) ≈ 9 × 0,37 ≈ 3,3 V . O instante correspondente a esta tensão é aproximadamente igual a 10 s: τ = 10 s . Ao fim de um tempo

4.3.

U (t ) = U 0 e

t RC

t = τ = RC

verifica-se que

t

− U ⇔ 0 = U 0 e RC ⇔ 2

t

− 1 t = e RC ⇔ − ln 2 = − ⇔ t = RC ln2 ⇔ 2 RC

t = τ ln2

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5. 5.1.

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r r r Fm = qv × B Inicialmente a velocidade tem a direcção do eixo dos xx e a força, sendo centrípeta, tem a direcção do eixo dos yy, logo o campo tem a direcção do eixo dos zz. Admitindo que o sentido do campo aponta para fora da folha (sentido positivo do eixo dos zz) conclui-se que

r r v×B

tem o sentido negativo do eixo dos yy (regra da mão direita) logo

r r qv × B

tem o sentido positivo

desse eixo, uma vez que a carga é negativa. Como a força magnética tem, inicialmente, o sentido positivo do eixo dos yy a hipótese do campo ter o sentido positivo do eixo dos zz só pode estar correcta.

5.2.

r r r r v2 Fm = ma n ⇔ q v B sin 90 = m ⇔ r Logo

5.3.

mv 1 × 10 -12 × 400 q = r = ≈ 2 × 10 − 4 C −5 5 × 10 × 0 , 04 Br

q ≈ −2 × 10 −4 C , uma vez que se trata de uma partícula carregada negativamente.

r r r r r r r r r r r r r r r r r Fe + Fm = 0 ⇔ qv × B + qE = 0 ⇔ v × B + E = 0 ⇔ E = −v × B ⇒ E = v B sin 90º ⇔ r E = 400 × 5 × 10 −5 ≈ 0,02 V m -1 ; Direcção: perpendicular à velocidade e ao campo magnético, ou seja, no eixo dos yy. Sentido: Positivo do eixo dos yy (para que a força eléctrica possa apontar no sentido negativo desse eixo e desse modo anula a força magnética no instante inicial). GRUPO III

1. 1.1. A tabela A corresponde à pilha enquanto a tabela B corresponde ao motor. A tensão na pilha diminui consoante a intensidade da corrente eléctrica aumenta ( U pilha

= ε − rint I

aumenta consoante a intensidade da corrente eléctrica aumenta ( U motor

) enquanto no motor a tensão

′ = ε ′ + rint I ).

1.2. A partir dos valores da tensão em função da intensidade da corrente eléctrica

U (I )

faz-se uma regressão

linear para obter a recta que melhor se ajusta aos dados experimentais. Os dados da intensidade da corrente eléctrica devem ser convertidos para o sistema internacional para facilitar a interpretação dos resultados. Obtém-se a seguinte equação e

x

y ≈ −23,3 x + 4,55

em que

y

representa a tensão aos terminais da pilha

representa a intensidade da corrente eléctrica.

Comparando a equação da recta com a expressão teórica

ε ≈ 4,55 V

e

U pilha = ε − rint I

conclui-se que:

rint ≈ 23,3 Ω

1.3. A força electromotriz da pilha corresponde à diferença de potencial entre os terminais da pilha quando esta não está inserida em nenhum circuito sendo, portanto, nula a intensidade da corrente eléctrica. Esta medição pode ser efectuada directamente com um voltímetro: Se

I =0

então

U pilha = ε − rint × 0 = ε

(ordenada na origem do gráfico correspondente à recta de

regressão obtida na alínea anterior.

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1.4.

η=

Pu UI U ⇔η= ⇔η= εI ε Pt

⇔η=

Professor: Carlos Portela

ε − rint I ε

Consoante a intensidade da corrente aumenta a diferença de potencial diminui o que faz diminuir o rendimento: maior intensidade significa maior percentagem de energia dissipada internamente na própria pilha e, em consequência, menor rendimento. 1.5. Como varia o rendimento do gerador consoante aumenta a intensidade da corrente que este fornece? Interpreta esta variação.

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