ibo fisica

18 pginas

SPEC/4/PHYSI/SPM/SPA/TZ0/XX

EXAMEN DE MUESTRA

FsicaNivel medioPrueba 1

INSTRUCCIoNES PARA loS AlUMNoS

No abra esta prueba hasta que se lo autoricen. Conteste todas las preguntas. Seleccione la respuesta que considere ms apropiada para cada pregunta e indique su eleccin en

la hoja de respuestas provista.

IB DIPloMA PRoGRAMMEPRoGRAMME DU DIPlME DU BIPRoGRAMA DEl DIPloMA DEl BI

45 minutos

IBo 2007

2 SPEC/4/PHYSI/SPM/SPA/TZ0/XX

1. El orden de magnitud del peso de una manzana es de

A. 104 N.

B. 102 N.

C. 1 N.

D. 102 N.

2. la densidad de un cubo metlico viene dada por la expresin = MV

donde M es la masa

y V es el volumen del cubo. las incertidumbres en porcentaje de M y V son las que se muestran a continuacin

M 12 %

V 4,0 %

la incertidumbre en porcentaje en el valor calculado de la densidad ser de

A. 3,0 %.

B. 8,0 %.

C. 16 %.

D. 48 %.

3

vase al dorso


3. Se lanza una pelota hacia arriba en direccin vertical desde el suelo. La grfica muestra la variacin con el tiempo t del desplazamiento vertical d de la pelota.

d

D

0 0 T t

CuldelassiguientesrespuestasexpresaeldesplazamientofinaldespusdeuntiempoT y la rapidez media entre los instantes t = 0 y t = T?

desplazamiento rapidez media

A. 0 0

B. 02DT

C. 2D2DT

D. 2D 0


4. Una expresin general para la segunda ley del movimiento de Newton es

F pt

=

.

QucondicinsehadeaplicarparaquelaleypuedaexpresarseenlaformaFF ma = ma?

A. Que la masa m sea constante.

B. Que la aceleracin a sea constante.

C. QuelafuerzaF sea constante.

D. QueladireccindelafuerzaF sea constante.

5. Mandy permanece de pie en una bscula en el interior de un ascensor que acelera en vertical haciaarriba,comosemuestraeneldiagramasiguiente.LasfuerzasqueactansobreMandysonsupropio peso WylafuerzadereaccindelabsculaR.

ascensor

bscula

aceleracin

la lectura de la bscula ser

A. R + W.

B. W.

C. R.

D. R W.

5

vase al dorso


6. Dosesferasdemasasm1 y m2 se desplazan la una hacia la otra a lo largo de una misma lnea recta con velocidades v1 y v2, como se muestra.

sentido positivo

m1 v1 v2 m2

Silasesferascolisionan,culdelassiguientesrespuestasexpresalavariacintotalenelmomentolinealdelasesferascomoresultadodelacolisin?

A. 0

B. m1v1 + m2v2

C. m1v1 m2v2

D. m2v2 m1v1


7. Sobre la superficie de un disco plano horizontal se coloca un ladrillo, como se muestra en el diagrama siguiente. El disco rota a velocidad constante en torno a un eje vertical que atraviesa su centro. El ladrillo no se mueve con respecto al disco.

ladrillo

disco

eje de rotacin

Cul de los diagramas siguientes representa correctamente la fuerza o fuerzashorizontales que actansobreelladrillo?

A. B.

C. D.

8. Un carrito sin rozamiento de masa m se desplaza descendiendo por una pendiente con aceleracin constante a. Si un segundo carrito similar tiene masa 2m, la aceleracin de este segundo carrito al descender por la pendiente ser de

A. 12a.

B. a.

C. 2a.

D. 4a.

7

vase al dorso


9. la energa interna de una sustancia slida es igual a

A. laenergacinticamediadelasmolculas.

B. laenergacinticatotaldelasmolculas.

C. laenergapotencialtotaldelasmolculas.

D. lasenergaspotencialycinticatotalesdelasmolculas.

10. Un gas se encuentra contenido en un cilindro como se muestra a continuacin.

pistngas

Cuando el gas es comprimido rpidamente por el pistn, su temperatura asciende porque las molculasdelgas

A. se aprietan unas contra otras.

B. colisionanentresconmayorfrecuencia.

C. colisionanconlasparedesdelrecipienteconmayorfrecuencia.

D. adquieren energa del pistn en movimiento.


11. Sedeterminaelcalorespecficoc de un bloque slido de masa m calentando el bloque y midiendo sutemperatura.LagrficasiguientemuestralavariacindelatemperaturaT del bloque con respecto alaenergatrmicaQtransferidaalbloque.

T

0 Q

El gradiente de esta lnea ser igual a

A. cm

.

B. mc

.

C. mc.

D. 1mc

.

vase al dorso


12. La siguiente grficamuestra la variacin con el tiempo t del desplazamiento x de una partcula que experimenta un movimiento armnico simple.

x

0 0 t

Qugrficamuestracorrectamentelavariacinconeltiempotde la aceleracin a de la partcula?

A. a

0 t 0

B. a

0 t 0

C. a

0 t 0

D. a

0 t 0


13. Un bloque de madera se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal sin rozamiento. Se instala un muelle (resorte) horizontal entre el bloque y un soporte rgido.

soporte rgido bloque

mesa sin rozamiento

Se desplaza el bloque hacia la derecha una distancia X y a continuacin se suelta. El perodo de oscilaciones esT y la energa total del sistema es E.

Para un desplazamiento inicial de X2

, cul de las siguientes respuestas es la mejor estimacin del

perodo de oscilaciones y de la energa total del sistema?

Perodo energa total

A. T E2

B. T E4

C. T2

E2

D. T2

E4

14. Cul de las siguientes respuestas describe correctamente la variacin, si la hay, en la velocidad, lalongituddeondaylafrecuenciadeunaondadeluzcuandopasadeaireavidrio?

velocidad longitud de onda Frecuencia

A. disminuye disminuye sin variacin

B. disminuye sin variacin disminuye

C. sin variacin aumenta disminuye

D. aumenta aumenta sin variacin

11

vase al dorso


15. El diagrama siguiente muestra un pulso que se desplaza a lo largo de una cuerda de X a Y. ElextremoYdelacuerdaestatadoaunsoportefijo.

X Y

Cuando el pulso alcance el extremo Y

A. desaparecer.

B. har que el extremo de la cuerda en Y oscile de arriba abajo.

C. sereflejarinvertido.

D. sereflejarsininvertirse.

16. En el circuito siguiente, la batera tiene resistencia interna despreciable. Se conectan tres lmparas idnticasL,MyNderesistenciaconstante,talcomosemuestra.

l M

N

Sise rompeelfilamentode la lmparaN,culde lassiguientes respuestas indicar loscambiossubsiguientes en el brillo de las lmparas l y M?

lmpara l lmpara m

A. permanece igual disminuye

B. aumenta permanece igual

C. aumenta disminuye

D. disminuye aumenta


17. En el circuito siguiente, el voltmetro tiene resistencia de 100 k. la batera tiene una resistencia internadespreciableyunaf.e.m.de6V.

100 k

6V

100 k V 100 k

la lectura del voltmetro ser de

A. 0V.

B. 2V.

C. 3V.

D. 4V.

13

vase al dorso


18. En el circuito que se muestra a continuacin, la batera tiene resistencia interna despreciable.

I3

2R

I1 R

I2

Cul de las siguientes ecuaciones es correcta?

A. I1=2I2

B. I1=2I3

C. I2=2I3

D. I3=2I1

19. En la ley de la Gravitacin Universal de Newton, se supone que las masas son

A. masas extensas.

B. masas de planetas.

C. masas puntuales.

D. masasesfricas.

20. Laintensidaddecampoelctricoenunpuntopuededefinirsecomo

A. lafuerzaejercidasobreunacargaunidadpositivasituadaenesepunto.

B. lafuerzaporcargaunidadpositivadecargaejercidasobreunapequeacargadepruebasituadaen ese punto.

C. el trabajoefectuadosobreunacargaunidadpositivaparadesplazarlahastaesepuntodesde elinfinito.

D. eltrabajoefectuadoporcargaunidadpositivaparadesplazarunapequeacargadepruebahastaesepuntodesdeelinfinito.


21. Un electrn se desplaza en el aire formando ngulo recto con un campo magntico uniforme. Elsiguientediagramamuestralatrayectoriadelelectrn.Elelectrnsevafrenando.

regindecampomagntico

Cul de las siguientes respuestas expresa correctamente la direccin de movimiento del electrn y ladireccindelcampomagntico?

direccin del movimiento direccin del campo magntico

A. en el sentido de las agujas del reloj entrando en el plano del papel

B. en el sentido de las agujas del reloj saliendo del plano del papel

C. en sentido opuesto a las agujas del reloj entrando en el plano del papel

D. en sentido opuesto a las agujas del reloj saliendo del plano del papel

22. Laenergade enlacepornuclendelncleode 37 li esde aproximadamente5MeV. Laenerga

totalrequeridaparasepararporcompletolosnucleonesdeestencleoseraproximadamente

A. 15MeV.

B. 20MeV.

C. 35MeV.

D. 50MeV.

15

vase al dorso


23. Si la actividad inicial de una muestra de un istopo radiactivo con semivida de 10 horas es A, cul ser la edad de la muestra cuando su actividad sea

A32

?

A. 30 horas

B. 40 horas

C. 50 horas

D. 320 horas

24. Cuando se bombardea con partculas alfa el istopo aluminio-27, puede ocurrir la siguiente reaccin nuclear.

24

1327He Al X neutron+ +

Culdelassiguientesrespuestasexpresacorrectamentelosnmerosatmico(protones)ymsico(nucleones)delncleoX?

Nmero de protones Nmero de nucleones

A. 15 30

B. 16 31

C. 30 15

D. 31 16

25. El volumen de una masa de agua dada a temperatura T1 es de V1. Si a temperatura T2 el volumen asciende a V2,elcoeficientedelaexpansindelvolumendelaguapuedecalcularseapartirde

A. VT

VT

2

2

1

1

.

B. V VT T

2 1

2 1

.

C. V VV T T

2 1

1 2 1

( ).

D. V VV T T

2 1

2 2 1

( ).


26. La produccin comercial de energa por fusin nuclear no es an posible debido principalmente adificultadesrelacionadascon

A. obtener suministros abundantes de un combustible apropiado.

B. alcanzar las altas temperaturas requeridas.

C. confinarelplasmacaliente.

D. desechar los residuos radiactivos.

27. Si un generador elico produce 5,0 kW de potencia para una velocidad de viento de 6,0 m s1, la mejor estimacin de la potencia producida para una velocidad de viento de 12,0 m s1 ser de

A. 10 kW.

B. 25 kW.

C. 40 kW.

D. 125 kW.

28. Sehaaventuradolahiptesisdequeelcalentamientoglobalpuedeprovocarcambiossignificativosen el nivel medio del mar. Esta hiptesis asume que

A. la lluvia media aumentar.

B. los icebergs se derretirn.

C. los glaciares se derretirn.

D. el ritmo de evaporacin del agua marina aumentar.

17

vase al dorso


29. DoscuerposnegrosXeYseencuentranatemperaturasdiferentes.LatemperaturadelcuerpoYesmsaltaqueladelcuerpoX.Culdelassiguientesgrficasmuestralosespectrosdecuerponegropara ambos cuerpos?

A. longitud de onda X

Y

B. longitud de onda Y

X

intensidad intensidad

C. longitud de onda Y

X

D. longitud de onda X

Y

intensidad intensidad


30. ElsiguientediagramamuestraunmodelosimplificadodelequilibrioenergticoparalaTierra.

intensidad incidente 340 W m2

intensidadreflejada intensidadradiada 100 W m2 240 W m2

atmsfera

intensidadre-radiada2 W m2

superficiedelaTierra

ElalbedodelaTierrasegnestemodeloseriguala

A. 2340

.

B. 100340

.

C. 238340

.

D. 240340

.

IB DIPLOMA PROGRAMME

PROGRAMME DU DIPLME DU BI

PROGRAMA DEL DIPLOMA DEL BI

SPEC/4/PHYSI/SPM/SPA/TZ0/XX/M

2 pages

ESQUEMA DE CALIFICACIN

EXAMEN DE MUESTRA

FSICA

Nivel Medio

Prueba 1

2 SPEC/4/PHYSI/SPM/SPA/TZ0/XX/M

1. C 16. C 31. 46.

2. C 17. B 32. 47.

3. B 18. C 33. 48.

4. A 19. C 34. 49.

5. C 20. B 35. 50.

6. A 21. D 36. 51.

7. D 22. C 37. 52.

8. B 23. C 38. 53.

9. D 24. A 39. 54.

10. D 25. C 40. 55.

11. D 26. C 41. 56.

12. B 27. C 42. 57.

13. B 28. C 43. 58.

14. A 29. C 44. 59.

15. C 30. B 45. 60.

23 pginas

SPEC/4/PHYSI/SP2/SPA/TZ0/XX

EXAMEN DE MUESTRA

fsicaNivel medioPrueba 2

IB DIPLOMA PROGRAMMEPROGRAMME DU DIPLME DU BIPROGRAMA DEL DIPLOMA DEL BI

INSTRUCCIONES PARA LOS ALUMNOS

Escriba su nmero de convocatoria en las casillas de arriba. No abra esta prueba hasta que se lo autoricen. Seccin A: conteste toda la seccin A en los espacios provistos. Seccin B: conteste una pregunta de la seccin B en los espacios provistos. Cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su examen los

nmeros de las preguntas que ha contestado.

1 hora 15 minutos

Nmero de convocatoria del alumno

0 0

IBO 2007

2 SPEC/4/PHYSI/SP2/SPA/TZ0/XX

secciN a

Conteste todas las preguntas utilizando los espacios provistos.

a1. Esta pregunta trata de la potencia elctrica disponible a partir de una turbina de viento.

Se ha medido la mxima potencia elctrica generada por una turbina de viento, Pout, en un rango de velocidades de viento incidente vin.

La grfica siguiente muestra la variacin con respecto a vin de Pout. No se muestran las incertidumbres para los datos.

Pout / kW

800

700

600

500

400

300

200

100

0 0 5 10 15 vin / m s

1

(a) Se sugiere que Pout es proporcional a vin .

(i) Dibuje la lnea de mejor ajuste para los puntos de dato. [1]

(ii) Indique una razn por la que la lnea que ha trazado no respalda esta hiptesis.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[1]

(iii) La incertidumbre en la potencia a 15 m s1 es del 5 %. Dibuje una barra de error sobrelagrficaquerepresenteestaincertidumbre. [2]

(Esta pregunta contina en la siguiente pgina)

3

vase al dorso


(Pregunta A1: continuacin)

(b) La relacin terica entre la potencia disponible en el viento Pin y la velocidad de viento incidentesemuestraenlagrficasiguiente.

Pin / kW

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 0 5 10 15 20 25 vin / m s

1

Utilizandoambasgrficas

(i) determine el rendimiento de la turbina para una velocidad de viento incidente de 14 m s1.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[3]

(ii) sugiera, sin clculos, cmo vara el rendimiento de la turbina cuando aumenta la velocidad del viento.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[3]




(c) Resuma una ventaja y una desventaja de utilizar turbinas de viento para generar energa elctrica.

Ventaja: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Desventaja: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

5

vase al dorso


Pgina en blanco


a2. Esta pregunta trata de un circuito elctrico.

Unalmparadefilamentosconcretaestgraduadaen12Vy6,0mA.Consiguejustamenteencendersecuandoladiferenciadepotencialatravsdelfilamentoesde6,0V.

Un estudiante monta un circuito elctrico para medir la caracterstica I-V de la lmpara defilamento.

En el circuito, mostrado a continuacin, el estudiante ha conectado el voltmetro y el ampermetro al circuito de manera incorrecta.

12 V

A

100 k S

V

La batera tiene f.e.m. de 12 V y una resistencia interna despreciable. El ampermetro tiene una resistencia despreciable y la resistencia del voltmetro es de 100 k. La resistencia mxima del resistor variable es de 15 .

(a) Explique, sin llevar a cabo clculos, si habr una posicin del contacto deslizante S en la que se encender la lmpara.

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[3]

(b) Estime la lectura mxima del ampermetro.

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[2]


7

vase al dorso



(c) Complete el siguiente diagrama de circuito para mostrar la posicin correcta del voltmetro y del ampermetro con el fin de determinar la caracterstica I-V de la lmparadefilamento. [2]

12 V


a3. Esta pregunta trata de los campos gravitatorios.

(a) Definaintensidad de campo gravitatorio.

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[2]

(b) La intensidaddecampogravitatoriosobre la superficiedeJpiteresde25Nkg1 y el radiodeJpiteresde7,1107 m.

(i) Deduzcaunaexpresinparalaintensidaddecampogravitatoriosobrelasuperficiede un planeta en funcin de su masa M, su radio R y la constante gravitatoria G.

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[2]

(ii) Utilicesuexpresinanteriorde(b)(i)paraestimarlamasadeJpiter.

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[2]

vase al dorso


secciN b

Esta seccin consta de tres preguntas: B1, B2, y B3. Conteste una pregunta.

b1. Esta pregunta tiene dos partes. La Parte 1 trata del movimiento armnico simple y de su relacin con el efecto invernadero. La Parte 2 tratadelcalorespecficoydelaguacaliente de una ducha domstica.

Parte 1 El movimiento armnico simple y el efecto invernadero

(a) Se desplaza un cuerpo de su posicin de equilibrio. Indique las dos condiciones necesarias para que el cuerpo siga un movimiento armnico simple.

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(Pregunta B1: parte 1 continuacin)

(b) En un modelo simple de una molcula de metano, un tomo de hidrgeno y un tomo de carbono pueden considerarse como dos masas unidas por un muelle (resorte). Un tomo de hidrgeno es mucho menos masivo que el tomo de carbono, de manera que puede despreciarse cualquier desplazamiento del tomo de carbono.

Lagrficasiguientemuestralavariacinconrespectoaltiempot del desplazamiento x desde la posicin de equilibrio de un tomo de hidrgeno en una molcula de metano.

x / 1010 m 2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 0,10 0,20 0,300,05 0,15 0,25t / 1013 s

La masa del tomo de hidrgeno es de 1,71027kg. Utilice los datos de la grfica anterior para

(i) determinar su amplitud de oscilacin.

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(ii) mostrar que la frecuencia de su oscilacin es de ,11013 Hz.

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(iii) mostrar que la energa cintica mxima del tomo de hidrgeno es de 6,21018J.

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(c) Sobrelacuadrculasiguiente,traceunagrficaquemuestrelavariacinconrespectoaltiempo t de la rapidez v del tomo de hidrgeno durante un periodo de oscilacin que comience en t=0. (No es necesario aadir valores al eje de rapidez.) [3]

v

0 0,10 0,20 0,300,05 0,15 0,25t / 1013 s

(d) Suponiendo que el movimiento del tomo de hidrgeno sea armnico simple, su frecuencia de oscilacin f vendr dada por

f km

= 12 p

,

donde k es la fuerza por unidad de desplazamiento entre un tomo de hidrgeno y el tomo de carbono y mp es la masa del protn.

(i) Muestre que el valor de k es de aproximadamente 560 N m1.

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(ii) Estime, utilizando su respuesta de (d)(i), la aceleracin mxima del tomo de hidrgeno.

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(e) Elmetanoestclasificadocomoungasinvernadero.

(i) Describa qu quiere decir gas invernadero.

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(ii) La radiacin electromagntica de frecuencia ,11013 Hz se halla en la regin infrarroja del espectro electromagntico. Sugiera, de acuerdo con la informacin proporcionadaen(b)(ii),porquelmetanoestclasificadocomogasinvernadero.

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(Pregunta B1: continuacin)

Parte 2 Calorespecficoyduchadomstica

(a) Definacalor especfico.

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(b) Sendas masas iguales de dos sustancias slidas diferentes A y B se encuentran a la misma temperatura. El calor especfico de la sustancia A es mayor que el calor especficodelasustanciaB.Lasdossustanciaspasanaincrementarsutemperaturaen la misma cantidad.

Explique qu sustancia experimentar mayor incremento de su energa interna suponiendo que ambas permanecen en el estado slido.

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(c) El siguiente diagrama muestra parte del circuito de calefaccin de una ducha domstica.

agua fra a 14C

cable aislado

fuente de tubera de agua

240 V

elemento calefactor aisladoagua caliente

a 40C

Al entrar el agua en el dispositivo de la ducha, esta fluye sobre un elemento calefactor aislado. El elemento calefactor est graduado en 7,2 kW, 240 V. El agua entra a una temperatura de 14 C y sale a una temperatura de 40 C. Elcalorespecficodel agua es de 4,2103Jkg1 K1.

(i) Estimeelflujodeagua.

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(ii) Sugiera una razn por la que su respuesta de (c)(i) es slo una estimacin.

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b2. Esta pregunta trata de la produccin de energa nuclear.

(a) Lafinalidaddeunaplantadeenerganucleareslaproduccindeenergaelctricaapartirde energa nuclear. El diagrama siguiente es una representacin de los componentes principales de una pila de reactor nuclear utilizada en un cierto tipo de planta de energa nuclear que emplea uranio como combustible.

barras de combustible de uranio

barras de control

bloquedegrafito(moderador)

La funcin del moderador consiste en frenar los neutrones producidos en reacciones como las descritas anteriormente.

Explique

(i) por qu es necesario frenar los neutrones.

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(ii) la funcin de las barras de control.

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(b) En relacin con el concepto de enriquecimiento de combustible en un reactor nuclear, explique

(i) la ventaja de enriquecer el uranio empleado en un reactor nuclear.

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(ii) desde una perspectiva internacional, un riesgo posible que pueda derivarse del enriquecimiento de combustible.

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(c) Un reactor nuclear concreto utiliza uranio-235 como su fuente de combustible. Cuando un ncleo de uranio-235 absorbe un neutrn, puede ocurrir la siguiente reaccin

2235

01

54144

380

01U n Xe Sr n.+ + + 2

Se dispone de los siguientes datos

masa en reposo de 2235 U = 2,18105 MeV c2

masa en reposo de 54144 Xe = 1,346105 MeV c2

masa en reposo de 380Sr = 8,375104 MeV c2

masa en reposo de 01n =40,0 MeV c2

(i) Demuestre que la energa liberada en la reaccin es aproximadamente de 180 MeV.

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(ii) Indique la forma en que aparece la energa.

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(d) La energa liberada por un tomo de carbono-12 durante la combustin es de aproximadamente 4 eV.

(i) Utilizando su respuesta de (c)(i), estime el cociente

densidad de energa del uranio-235densidad de energa del ccarbono-12

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(ii) Sugiera, en relacin a su respuesta de (d)(i), una ventaja del uranio-235 en comparacin con los combustibles fsiles.

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(e) Cuando un ncleo de uranio-238 absorbe un neutrn, puede producirse la siguiente reaccin:

2238

01

223U n U+

El istopo uranio-23 es radiactivo y se desintegra con una semivida de 23 minutos para formar un istopo de neptunio-23 (Np-23).

(i) Definasemivida radiactiva y explique qu quiere decir istopo. [2]

Semivida radiactiva:

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Istopo:

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(ii) Complete la ecuacin de reaccin para esta desintegracin.

223 U

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(iii) El istopo neptunio-23 sufre una desintegracin radiactiva dando lugar a un istopo de plutonio. Resuma una ventaja y una desventaja de esta desintegracin en relacin con la produccin de potencia nuclear. [4]

Ventaja:

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Desventaja:

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b3. Esta pregunta consta de dos partes. La Parte 1 trata de la potencia mecnica. La Parte 2 trata de la desintegracin radiactiva.

Parte 1 Potencia mecnica

(a) Definapotencia.

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(b) Un automvil se desplaza con rapidez constante v por una carretera horizontal recta. Hay una fuerza de resistencia total F que acta sobre el automvil.

Deduzca que la potencia P necesaria para superar la fuerza F es P=Fv.

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(c) Un automvil asciende por una pendiente recta de 4,8 km de longitud. La altura total de la pendiente es de 0,30 km.

4,8 km

0,30 km

El automvil asciende la pendiente con una rapidez constante de 16 m s1. Durante el ascenso, la fuerza de rozamiento media que se ejerce sobre el automvil es de 5,0102 N. El peso total del automvil y del conductor es de 1,2104 N.

(i) Determine el tiempo que llevar al automvil desplazarse desde la base de la pendiente hasta la cima.

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[2]

(ii) Determine el trabajo efectuado en contra de la fuerza gravitatoria al desplazarse desde la base hasta la cima de la pendiente.

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[1]

(iii) A partir de sus respuestas de (c)(i) y (c)(ii), calcule un valor para la potencia de salida mnima del motor del automvil que se necesita para mover el automvil desde la base hasta la cima de la pendiente.

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[4]


21

vase al dorso



(d) Desde la cima de la pendiente, la carretera contina en un descenso en lnea recta. En el punto en que la carretera empieza a ser cuesta abajo, el conductor del automvil de (a) detiene el vehculo para ver el paisaje. Al reemprender la marcha, el conductor decide ahorrar combustible. Desconecta el motor y deja que el vehculo descienda la pendiente con el motor apagado. El automvil desciende una altura de 0,30 km en una distancia de 6,4 km antes de moverse horizontalmente.

6,4 km0,30 km

La fuerza de resistencia media que acta sobre el coche es de 5,0102 N.

Estime

(i) la aceleracin del automvil en el descenso.

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[5]

(ii) larapidezdelautomvilalfinaldeldescenso.

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[2]

(e) De hecho, en los ltimos cientos de metros del descenso de la colina, el automvil se desplaza con rapidez constante. Indique el valor de la fuerza de rozamiento que acta sobre el automvil mientras este se mueve con rapidez constante.

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[1]




Parte 2 Desintegracin radiactiva

(a) El carbono-14 es un istopo radiactivo con semivida de 5500 aos. Se produce en la atmsfera mediante el bombardeo de nitrgeno con neutrones. La ecuacin de esta reaccin es

714 N n C X.+ +01 614

(i) Explique qu se entiende por istopos.

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[1]

(ii) IdentifiquelapartculaX.

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[1]




(b) Cada gramo de un rbol vivo contiene aproximadamente 41010 tomos de carbono-14.

Sobrelosejessiguientes,dibujeunagrficaquemuestrelavariacinconeltiempodelnmerodetomosdecarbono-14enungramodemaderaderbol.Lagrficadeberaindicar el nmero de tomos durante un periodo de 1,8104 aos despus de que muera el rbol. (Semivida del carbono-14 = 5500 aos) [3]

nmero de tomos 1010

4

3

2

1

0 0 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00

tiempo / aos 104

(c) La actividad de una muestra radiactiva es proporcional al nmero de tomos en la muestra. La actividad por gramo de carbono de un rbol vivo es de ,6 desintegraciones por minuto. La actividad por gramo de carbono en la madera quemada encontrada en un campamento de la Antigedad es de 1, desintegraciones por minuto.

(i) Estime el nmero de tomos de carbono-14 en la madera quemada.

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[1]

(ii) A partir de la grfica que ha dibujado en (b), estime la edad de la maderaquemada.

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[1]

IB DIPLOMA PROGRAMME

PROGRAMME DU DIPLME DU BI

PROGRAMA DEL DIPLOMA DEL BI

SPEC/4/PHYSI/SP2/SPA/TZ0/XX/M

9 pages

ESQUEMA DE CALIFICACIN

EXAMEN DE MUESTRA

FSICA

Nivel Medio

Prueba 2

2 SPEC/4/PHYSI/SP2/SPA/TZ0/XX/M

SECCIN A

A1. (a) (i) curva razonable trazada hasta los 115ms que no pase por cero; [1]

Se espera una lnea nica suave a menos de un cuadrado de distancia de

cada punto representado correctamente.

(ii) error en la forma de la curva / la curva no pasa por cero; [1]

(iii) 5% 30 ;

dibujado correcto de la barra de error; [2]

(b) (i) cuando 1

in out14 ms , 570( 20) kWv P ;

in 1250( 50) kWP ;

Permtase 12

cuadrado.

rendimiento 570

0,461250

46% ; [3]

(ii) el rendimiento disminuye;

para un incremento dado en la velocidad, el incremento en Pout se reduce;

mientras que el incremento en el Pin terico aumenta;

o bien cuando la pendiente de la grfica de Pout se empieza a suavizar / o respuesta

similar;

la pendiente de la grfica de Pin se hace ms pronunciada; [3]

(c) ventajas:

el viento es renovable, de modo que no se gastan recursos / el viento es gratuito /

no provoca contaminacin qumica / o emisiones de dixido de carbono /

no multiplica el efecto invernadero intensificado; desventajas:

costes iniciales (de capital) elevados / necesidad de grandes superficies de terreno

/ contaminacin visual y sonora / carcter impredecible del viento / no es

constante / efecto sobre los pjaros; [2]

Puntuar cualquier otra ventaja o desventaja pertinente.


A2. (a) no hay posiciones;

la lmpara est efectivamente en serie con 100k independientemente de la

posicin de S;

esto significa que la d.p. en ella ser siempre casi nula (muy pequea) / nunca

alcanzar 6 V; o bien la resistencia del filamento es mucho menor que 100k ;

de modo que (casi) todo el potencial de la batera aparece en la resistencia

variable; [3]

Puntuar con [0] la argumentacin incorrecta o la respuesta sin justificacin.

(b) V

IR

;

45

121,2 10 A

10; [2]

(c)

posicin correcta del ampermetro;

posicin correcta del voltmetro (bien a la derecha o bien a la izquierda de

la lmpara); [2]

A3. (a) la fuerza ejercida por unidad de masa;

sobre una masa puntual (pequea); [2]

(b) (i) utilizar 2

yF Mm

g F Gm R

;

combinar para obtener 2

Mg G

R; [2]

(ii) 2gR

MG

;

sustituir para obtener 271,9 10 kgM ; [2]


SECCIN B

B1. Parte 1 El movimiento armnico simple y el efecto invernadero

(a) la fuerza aceleradora / que acta (sobre el cuerpo) se dirige hacia (la posicin de)

equilibrio;

y es proporcional a su desplazamiento (del cuerpo) del equilibrio; [2]

(b) (i) 101,5 10 m ; [1]

(ii) 121,1 10 sT ;

12

1

1,1 10f ;

139,1 10 Hz [2]

(iii) 14 1(2 ) 5,7 10 (rad );f

2 2 27 2 20 2 281 1max 02 2

1,7 10 (1,5) 10 (5,7) 10E m x ;

186,2 10 J [2]

(c) seno negativo;

empezando en cero;

con igual frecuencia que el desplazamiento; (permitir 2mm de cuadrado) [3]

(d) (i) 2 2 26 27p(4 ) 40 83 10 1,7 10k f m ;

1560 N m [1]

(ii) utilizar F kx y F ma;

para obtener 10

20 2

27

560 1,5 105,0 10 ms

1,7 10a ; [2]

(e) (i) la radiacin infrarroja radiada desde la Tierra ser absorbida por gases

invernadero;

incrementando as la temperatura de la atmsfera/de la Tierra; [2]

(ii) la frecuencia natural de oscilacin (de una molcula de metano) es igual a 139,1 10 Hz ;

debido a la resonancia la molcula absorber fcilmente la radiacin de esta

frecuencia; [2]


Parte 2 Calor especfico y ducha domstica

(a) la cantidad de energa / calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de una

sustancia en 1K / 1 C ; [1]

(b) la energa interna es la energa total de las molculas de una sustancia;

a mayor calor especfico (mayor energa necesaria para elevar en 1K una unidad

de masa), esto significa que para elevar la temperatura en la misma cantidad, debe

transferirse ms energa a la sustancia A que a la sustancia B (de modo que la

energa interna sea mayor) / o redaccin similar; [2]

(c) (i) la energa suministrada por un calentador en 31s 7 , 2 10 J ;

la energa por segundo masa por segundo cal esp aumento de

temperatura;

37,2 10 masa por segundo 34,2 10 26 ;

para obtener que masa por segundo 0,066kg ; [4]

(ii) la energa se pierde al entorno;

el flujo no es uniforme; [1 mx]

No aceptar el elemento calefactor no est en contacto con toda el agua que fluye en la unidad.


B2. (a) (i) hay mayor presencia de uranio-238 que de uranio-235;

la captura de neutrones es ms probable en U-238 con neutrones de

alta energa;

si se frenan los neutrones, es ms probable que estos produzcan fisin en el

U-235 que captura de neutrones en el U-238; [3] (ii) controlar el ritmo con el que se producen las reacciones;

absorbiendo neutrones; [2] (b) (i) el enriquecimiento de combustible significa que se aumenta la cantidad de

uranio-235 presente en el combustible / o redaccin similar;

esto quiere decir que habr ms U-235 disponible para la fisin;

por ello la reaccin puede mantenerse; [3]

(ii) el combustible enriquecido puede utilizarse en la fabricacin de armas

nucleares;

amenazando as la paz mundial; [2]

(c) (i) (energa liberada)5 52,189 10 (1,346 0,8375 0,00940) 10 ;

180MeV [1]

(ii) cintica; [1]

(d) (i) nmero de tomos en 1 kg de carbono A

12 1000

N y el nmero en 1 kg de

U-235A

235 1000

N;

energa por kg de carbono A

12 4keV

N y por kg de

U-2358

A

235 1,8 10keV

N;

por ello, cociente 88,8 10 ; [3]

(ii) una densidad de energa mucho mayor implica que el uranio producir ms

energa por kg / se necesita menor cantidad de uranio para producir la

misma cantidad de energa / o redaccin similar; [1]


(e) (i) semivida:

tiempo para que la actividad se reduzca a la mitad / o redaccin similar; istopo:

los istopos de los elementos son qumicamente idnticos pero tienen masas

atmicas diferentes / o redaccin similar / mismo nmero de protones en el

ncleo pero diferente nmero de neutrones / o redaccin similar; [2]

(ii) 239 23992 93U Np v

239

93 Np ;

;

v ; [3] (iii) ventaja:

el plutonio es otro elemento fisionable / puede tambin ser utilizado como

combustible nuclear;

y se produce directamente en los reactores que utilizan uranio como

combustible; desventaja:

las partculas son dainas para los organismos vivos / o redaccin simila; y el plutonio dura mucho tiempo / o redaccin simila; [4]


B3. Parte 1 Potencia mecnica

(a) la variacin de trabajo en el tiempo / trabajo tiempo; [1]

Si se presentan ecuaciones, debern definirse los smbolos.

(b) W F d

Pt t

;

d

vt

luego, P Fv; [2]

(c) (i) d

tv

;

4800

300s16

; [2]

(ii) 4 61,2 10 300 3,6 10 JW mgh ; [1]

(iii) trabajo efectuado en contra del rozamiento 3 24,8 10 5,0 10 ;

trabajo total efectuado 6 62,4 10 3,6 10 ;

trabajo total efectuado 66,0 10P t ;

para obtener 66 10

300P 20 kW; [4]

(d) (i) sen0,30

0,0476,4

;

peso que desciende por el plano 4 2se n 1,2 10 0,047 5,6 10 NW ;

fuerza neta sobre el coche 2 25,6 10 5,0 10 60 NF ;

F

am

;

2 2

3

605,0 10 ms

1,2 10; [5]

(ii) 2 2 32 2 5,0 10 6,4 10v as ;

para obtener 125msv ; [2]

(e) 25,6 10 N ; [1]


Parte 2 Desintegracin radiactiva

(a) (i) los istopos de un elemento son qumicamente iguales pero tienen masas

atmicas diferentes / o redaccin similar / mismo nmero de protones en el

ncleo pero distinto nmero de neutrones / o redaccin similar; [1]

(ii) protn / 11H / p ; [1]

(b)

nmero de

tomos 1010

4

3

2

1

0

0 0,40 0,80 1,2 1,6 2,0

tiempo / aos 410

cuatro puntos que cubren

tres semividas; 10 10Deben mostrarse los puntos

para 4 10 y 0 ,5 10

posicin correcta de los puntos;

lnea de mejor ajuste hasta 41,8 10 ; [3]

(c) (i) nmero de tomos 10

101,9 4 10 0,8 109,6

; [1]

(ii) a partir de la grfica, edad 41,3 10 aos; [1]

Permitir ECF de (b) y de (c)(i).

ibo fisica

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