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.
D. OPTICA Varianta 10
Se considera: viteza luminii in vid c = 3·10⁸m/s, constanta Planck h = 6,6·10^-34J·s.
I. Pentru itemii 1-5 scrieti pe foaia de raspuns litera corespunzatoare raspunsului corect. (15 puncte)
1. Simbolurile marimilor fizice si ale unitatilor de masura fiind cele utilizate in manualele de fizica, unitatea de masura in S.I. a marimii exprimate prin produsul h·ν·c^-1 poate fi scrisa în forma:
a.   J·s·m^-1;   b.   J·s²·m^-1;   c.   J·s^-1·m;    d.   J·s·m.   (3p)
Raspuns:  a.    → (3p)
2. Imaginea unui obiect real intr-o oglinda plana este intotdeauna:
a.   reala, dreapta;   b.   virtuala, dreapta;
c.   reala, marita;   d.   virtuala, micsorata.   (3p)
Raspuns:  b.    → (3p)
3. Doua lentile subtiri avand convergentele C₁ = 2·m^-1, respectiv C₂ = 4m^-1, formeaza un sistem optic centrat, astfel incat orice raza de lumina care intra in sistem paralel cu axa optica principala iese din acesta tot paralel cu axa optica principala. Distanta dintre lentile este:
a.   75 cm;    b.   60 cm;    c.   40 cm;    d.   20cm.    (3p)
Raspuns:  a. C = 1/f.   Este un sistem afocal rezulta ca
d = f₁ + |- f₂| = 1/C₁ + 1/C₂ = 0.75m.    → (3p)
4. Un sistem optic este format din 2 lentile alipite (acolate). Distanta focala a primei lentile este f₁ , iar convergenta celei de-a doua lentile este C₂. Convergenta C a sistemului este:
a.   C = f₁ + C₂;  b.  C = f₁ + 1/C₂;
c.   C = 1/f₁ + C₂;   d.   C = C₂/f₁.  (3p)
Raspuns:  c.    → (3p)
5. Energia cinetica maxima a electronilor extrasi prin efect fotoelectric extern depinde de frecventa radiatiei incidente conform graficului din figura alaturata. In aceste conditii, lucrul mecanic de extractie a electronilor este de aproximativ:
a.   0.7·10^-19J;   b.   4.3·10^-19J;
c.   4.9·10^-19J;    d.   9.2·10^-19J.   (3p)
Raspuns:  d. L_extr = h·ν_o = 4.29·10^-19J ≈ 4.3·10^-19J;   → (3p)



II. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
Un elev doreste sa observe un obiect de inaltime h = 2mm cu ajutorul unei lentile subtiri convergente, avand distanta focala
f = 12.5cm. Pentru aceasta, elevul plaseaza lentila la distanta de 10 cm de obiect si priveste prin lentila imaginea acestuia. Obiectul este perpendicular pe axa optica principala a lentilei.
a. Calculati convergenta lentilei.
Rezolvare: C = 1/f = 8m^-1.    → (3p)
b. Determinati distanta dintre lentila si imaginea observata de elev.
1/f = 1/x₂ - 1/x₁,   x₂ = x₁·f/(x₁ + f)
x₂ = [-10cm·12.5cm/(10cm + 12.5cm)] = - 50cm.   → (4p)
c. Calculati inaltimea imaginii formate de lentila.
Rezolvare: β = x₂/x₁ = h₂/h₁ ,
h₂ = h₁·x₂/x₁ = 10mm.   → (4p)
d. Mentinand lentila in aceeasi pozitie, elevul deplaseaza obiectul pana cand imaginea acestuia se formeaza pe un ecran plasat la distanta x₂' = 25 cm fata de lentila. Calculati distanta pe care a fost deplasat obiectul.
Rezolvare: 1/f = 1/x₂' - 1/x₁',   x₁' = f·x₂'/(f - x₂') = - 25cm,
d = |x₁ - x₁'| = 15cm.    → (4p)
III. Rezolvati urmatoarea problema: (15 puncte)
O raza de lumina se propaga prin aer
( n₁ ≈ 1) si cade sub unghiul de incidenta
i = 60^o pe fata superioara a unei lame cu fete plan-paralele, de grosime d = 3cm, ca in figura alaturata. Indicele de refractie al materialului transparent din care e confectionata lama este
n₂ = 1.73 (≈ √3). Pe fata superioara a lamei are loc atat fenomenul de reflexie cat si cel de refractie.
a. Determinati unghiul dintre raza reflectata si cea refractata.
Rezolvare: Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidenta i = 60^o,   n₁·sini = n₂·sinr,   sinr = n₁·sini/n₂ = 30^o,
α = 180^o - 60^o - 30^o = 90^o.    → (4p)
b. Reprezentati printr-un desen raza reflectata si raza refractata in punctul de incidenta aflat pe fata superioara a lamei.
Rezolvare: Reprezentarea este cea din figura alaturata.    → (4p)


c. Calculati unghiul format de raza de lumina care iese din lama cu fata inferioara a lamei.
Rezolvare: n₂·sinr = n₁·sini',   i' = 60^o,
β = 90^o - 60^o = 30^o.   → (4p)
d. Determinati distanta parcursa de raza de lumina in interiorul lamei pana la iesirea prin fata inferioara a lamei.
Rezolvare; notam cu x drumul parcurs de lumina in lama cu x, deci  cosr = d/x,   x = d/cosr = 3.468cm.    → (3p)