Examenul de bacalaureat national 2014
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.
C. PRODUCEREA SI UTILIZAREA CURENTULUI CONTINUU Varianta 2
I. Pentru itemii 1-5 scrieti pe foaia de raspuns litera corespunzatoare raspunsului corect. (15 puncte)
1. Unitatea de masura in S.I. pentru sarcina electrica poate fi scrisa:
a. V·s^-1;    b. A·s^-1;    c. V·s;    d. A·s.    (3p)
Raspuns:   d.   → (3p)
2. Un conductor metalic este conectat la un generator electric de tensiune continua avand rezistenta interioara neglijabila. Daca temperatura absoluta a conductorului creste si se neglijeaza modificarea dimensiunilor acestuia:
a. rezistivitatea materialului din care este confectionat conductorul scade;
b. tensiunea electrica la bornele conductorului creste;
c. intensitatea curentului electric prin conductor creste;
d. intensitatea curentului electric prin conductor scade. (3p)
Raspuns:   d.  I = U/ρ_o(1 + α·t).  → (3p)
3. Simbolurile marimilor fizice fiind cele utilizate in manualele de fizica, puterea electrica disipata pe un rezistor parcurs de un curent electric este:
a. P = ΔW·Δt;   b. P = R²·I;   c. P = U·I;   d. P = U²·R.   (3p)
Raspuns:   c. P = U·I;  → (3p)
4. La bornele unei surse de tensiune constanta este conectat un consumator avand rezistenta electrica variabila. In graficul din figura alaturata este reprezentata dependenta puterii electrice disipate pe consumator in functie de rezistenta acestuia. Tensiunea electromotoare a generatorului este egala cu:
a. 10V;    b. 20V;    c. 40V;    d. 50V.    (3p)
Raspuns:   b.    P = I²·R = [E²/(R+r)²]·R, cand P = P_max,   r = R, deci E = √P_max·4·R = 20V.    → (3p)
5. Prin legarea in serie a doua rezistoare, rezistenta gruparii este R_s = 25Ω. Prin legarea in paralel a acelorasi rezistoare, rezistenta gruparii devine R_p = 6Ω. Rezistentele electrice ale celor doua rezistoare au valorile:
Raspuns:   a.    R_s = R₁ + R₂,   R_p = R₁·R₂/(R₁ + R₂).
Rezolvand sistemul se obtine: R²₂ - R₂·R_s + R_s·R_p = 0
R'₂ = 15Ω R"₂ = 10Ω respectiv R'₁ = 10Ω si   R"₁ = 15Ω → (3p)
II. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
In circuitul electric a carui schema este reprezentata in figura alaturata, rezistentele electrice ale rezistoarelor au valorile R₁ = 6Ω si R₂ = 8Ω. Voltmetrul V din circuit (R_V → ∞ ) indica tensiunea U = 15V atunci cand intrerupatorul K este deschis si tensiunea U₁ = 6V atunci cand intrerupatorul K este inchis.
a. Calculati rezistenta electrica a circuitului exterior sursei cand intrerupatorul K este inchis.
Rezolvare:  R_ext = R₁ + R₂ = 14Ω.   →(3p)
b. Rezistorul R₂ este confectionat dintr-un conductor avand diametrul sectiunii transversale d = 0,5 mm, iar rezistivitatea materialului ρ = 3,14·10^-6Ω·m. Determinati lungimea conductorului;
Rezolvare:  R₂ = ρ·ℓ/S,   ℓ = R₂·S/ρ = R₂·π·d²/4·ρ = [8Ω·3.14·0.25·10^-6m²]/4·3.14·10^-6Ω·m = 0.5m.   →(4p)
c. Calculati energia disipata, sub forma de caldura, de cei doi rezistori in 10 min cand intrerupatorul K este inchis.
Q = I₁²·(R¹ + R₂)·Δt = [U₁/R₁]²·(R¹ + R₂)·Δt = 36V²/36Ω²·14Ω·600s = 8400J.  →(4p)
d. Determinati rezistenta interioara a generatorului.
E = I₁(R₁ + R₂ + r), E = U = I₁(R₁ + R₂ + r),
I₁ = U₂/R₂ = 1A.   r = 1Ω  →(4p)
III. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
In figura alaturata este reprezentata schema unui circuit electric. Tensiunea electromotoare a generatorului este E = 12 V si rezistenta interioara a acestuia este r = 1,5Ω. Pe soclul becului sunt inscrise valorile (6 V ; 9W). Se inchide intrerupatorul K si se deplaseaza cursorul reostatului pana cand becul functioneaza la valorile nominale. In aceste conditii voltmetrul ideal
(R_V → ∞) indica U = 9 V . Determinati:
a. intensitatea curentului electric ce strabate becul;
Rezolvare:    P_bec = U_bec·I_bec,
I_bec = P_bec/U_bec = 9W/6V = 1.5A  →(3p)
b. puterea disipata pe rezistenta interioara a sursei;
Rezolvare:  P_r = I²·r,  E = U + I·r,   I = (E - U)/r = 3V/1.5Ω = 2A.   P_r = 4A²·1.5· = 6W.  →(4p)
c. randamentul transferului de putere de la generator la bec;
Rezolvare:  η = P_bec/P_totala = P_bec/E·I = 9W/12V·2A = 0.375 = 37.5%.  →(4p)
d. valoarea R' a rezistentei reostatului astfel incat becul sa functioneze normal si dupa deschiderea intrerupatorului K.
Rezolvare:  I' = I_bec,  E = I_bec·(R' + R_bec + r),  R_bec = 6V/1.5A = 4Ω,  R' = [E - I_bec·(R_bec + r)]/I_bec = 3Ω.  →(4p)