Prova - Modelo 1 FIS
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Prova-modelo 1 — Física
TABELA DE CONSTANTES
Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 * 108 m s–1
FORMULÁRIO
Energia e movimentos
1
Ec = m v2 WF→ = F d cos θ W = 'Ec Ep = m g h
2
E
P= Em = Ec + Ep WF→ = −'Ep
Δt
Cinemática
1 2π v2
v = v0 + a t x = x0 + v0 t + a t2 ω= ac = v=ωr
2 T r
Dinâmica
→ → m1 m2
F =ma Fg = G
r2
v c
O= y = A sin(ω t) n= n1 sin α1 = n2 sin α2
f v
Eletromagnetismo
|ΔΦ| Us Ns
Φ = B A cos α |εi| = =
Δt Up Np
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Prova-modelo 1 — Física
Prova-modelo 1 de Física
10.o e 11.o anos
Duração + Tolerância: 60 + 15 minutos
GRUPO I
O Ano Internacional da Luz 2015 (AIL 2015) é uma iniciativa global que pretende sensibilizar os cida-
dãos para a importância da ciência da luz e das tecnologias óticas no quotidiano, no futuro e no desen-
volvimento da sociedade.
O ano de 2015 comemora alguns marcos importantes no estudo da luz ao longo da história da ciência,
tais como:
1. Indique o facto referido no texto que constitui uma das provas da teoria do big bang.
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(A) são ondas longitudinais com maior frequência do que as ondas de rádio.
(C) são menos absorvidas e refletidas pela atmosfera do que as ondas de rádio.
(D) têm maior comprimento de onda no vazio do que as ondas de rádio.
3. O comportamento ondulatório da luz, proposto por Fresnel, explica a mudança da direção de pro-
pagação da luz quando ela se propaga de um meio para outro. Qual é a causa dessa mudança de
direção?
4. A luz de um ponteiro laser incide na superfície de separação vidro-ar. O índice de refração do vidro é
1,25 para essa luz. A velocidade de propagação da luz no ar é, aproximadamente, igual à velocidade
de propagação da luz no vácuo.
4.2 Suponha que se pretende usar este vidro para o núcleo de uma fibra ótica. Identifique o fenóme-
no ótico em que se baseia a transmissão de luz numa fibra ótica e indique, justificando, em que
condições ele ocorre na superfície de separação dos meios referidos.
4.3 A luz do ponteiro laser, cuja indicação do fabricante é 635 nm, foi analisada com uma rede de
difração cuja característica era 600 linhas/mm. A Figura 1 mostra o esquema da montagem
utilizada para o efeito, observando-se no alvo um padrão de máximos e mínimos de intensidade,
sendo P e P’ pontos de máxima intensidade luminosa correspondentes, respetivamente, ao má-
ximo central e ao máximo de primeira ordem.
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Alvo
Rede de
difração
Ponteiro P’
laser
ո
P
Figura 1
A posição dos pontos luminosos no alvo pode ser determinada pela expressão n O = d sin θ
sendo O o comprimento de onda da luz, n um número inteiro que indica a ordem do máximo, d
o espaçamento entre as fendas da rede de difração e θ o ângulo entre a direção perpendicular à
rede e a direção correspondente a um máximo.
Mediu-se a distância da rede de difração ao alvo, obtendo-se 11,00 cm. Mediu-se também a dis-
tância entre P e P’, obtendo-se 42,0 mm.
4.3.1 Justifique por que razão a luz do laser sofre difração na rede de difração mas esse fenó-
meno não é notório quando a mesma luz passa na abertura de uma porta.
4.3.2 Determine o valor experimental obtido para o comprimento de onda da luz do laser, assim
como o respetivo erro percentual. Apresente todas as etapas de resolução.
5. A luz solar é uma fonte de energia cada vez mais usada como alternativa aos combustíveis fósseis.
Um carro solar utiliza apenas a energia da luz solar para se mover, usando painéis solares. Estes são
constituídos por células fotovoltaicas mais eficientes do que as usadas em painéis comuns.
Numa competição realizada numa altura do dia em que a irradiância solar era máxima e igual a
1000 W m−2, um carro solar de 300 kg (incluindo o condutor) demorou 50,0 s a atingir a velocidade
máxima de módulo 72,0 km h−1, a partir do repouso, numa estrada plana horizontal. O rendimento
médio do painel era 26,0%.
Considere que a energia útil disponibilizada pelo painel foi integralmente aproveitada para o au-
mento de energia cinética do carro.
5.1 Determine a área do painel fotovoltaico do carro solar. Apresente todas as etapas de resolução.
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5.2 Dentro do carro havia duas peças, uma de aço e outra de alumínio, com massas aproximadamen-
te iguais, que aqueceram sob o efeito da luz solar incidente. A capacidade térmica mássica do
aço é cerca de metade da capacidade térmica mássica do alumínio. O gráfico da Figura 2 indica
como varia a temperatura das peças com a energia fornecida. Que reta, A ou B, pode correspon-
der à peça de alumínio?
Temperatura
B
A
0 Energia fornecida
Figura 2
5.3 Após o carro atingir a velocidade máxima, foram acionados os travões. O carro parou ao fim de
300 m de trajetória retilínea. Suponha constante a força de travagem.
5.3.2 O gráfico da Figura 3 indica o módulo do trabalho da resultante das forças aplicadas ao
centro de massa do carro, W, em função da distância percorrida na travagem, d. Indique
o significado físico do declive da reta.
0 d
Figura 3
6. A luz está presente na nossa iluminação do dia a dia. Atualmente coloca-se o desafio de desenvolver
dispositivos de alta eficiência, ou seja, cuja energia dissipada seja mínima. O LED – díodo emissor
de luz – muito usado nos mostradores digitais para sinalização, vem agora revolucionar o mundo da
iluminação colocando lâmpadas altamente eficientes à nossa disposição.
Um aluno fez a montagem do circuito elétrico esquematizado na Figura 4, de modo a usar um LED de
baixa potência para sinalização, alimentado por uma pilha. A força eletromotriz da pilha foi medida
em circuito aberto, obtendo-se 4,5 V. De modo a não danificar o LED, o aluno limitou a corrente no
circuito a 50 mA escolhendo, para isso, uma resistência adequada, R, no reóstato.
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LED
4,5 V
R
Figura 4
A corrente que percorre o LED, em função da diferença de potencial nos seus terminais, é dada pelo
gráfico da Figura 5.
/mA
50
40
30
20
10
0
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 U/V
Figura 5
6.2 Apesar da elevada eficiência do LED, ou seja, da baixa energia dissipada por efeito Joule, o seu
rendimento não é 100%, o que é previsto
(A) pela Lei de Ohm.
(B) pela Primeira Lei de Newton.
(C) pela Primeira Lei da Termodinâmica.
(D) pela Segunda Lei da Termodinâmica.
6.3 A pilha não é um gerador ideal e tem uma resistência interna pequena. Usando um circuito se-
melhante ao anterior mas sem o LED, mediu-se a diferença de potencial nos terminais da pilha,
U, assim como a corrente que percorria o circuito, I, em unidades SI, para vários valores de
resistência R. Com o gráfico U(I) traçado determinou-se a equação da reta de ajuste obtendo-se
y = 4,26 − 4,41x. A força eletromotriz da pilha e a sua resistência interna são, em unidades SI,
respetivamente
(A) 4,26 e 4,41 e a corrente elétrica no circuito é contínua.
(B) 4,41 e 4,26 e a corrente elétrica no circuito é contínua.
(C) 4,26 e 4,41 e a corrente elétrica no circuito é alternada.
(D) 4,41 e 4,26 e a corrente elétrica no circuito é alternada.
FIM
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COTAÇÕES
GRUPO I
1. ............................................................... 10 pontos 5.
2. ............................................................... 10 pontos 5.1 ........................................................ 20 pontos
5.3
4.
5.3.1 ............................................. 20 pontos
4.1 ........................................................ 10 pontos
5.3.2 ............................................ 10 pontos
4.2 ....................................................... 20 pontos
6.
4.3
6.1 ........................................................ 20 pontos
4.3.1 ............................................. 20 pontos
6.2 ....................................................... 10 pontos
4.3.2 ............................................ 20 pontos
6.2 ....................................................... 10 pontos
________________
TOTAL ............................ 200 pontos
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Critérios de classificação
Prova-modelo 1
GRUPO I
1. Descoberta da radiação cósmica de fundo (micro-ondas) por Penzias e Wilson em 1965. 10 pontos
4.
4.1 (A). ............................................................................................................................................................................................ 10 pontos
Tópicos de referência:
B) Indicação de que a luz deve incidir na superfície de separação vidro-ar. ......... 4 pontos
D) Indicação de que o ângulo de incidência deve ser superior a 53,1o. .................... 4 pontos
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Prova-modelo 1 — Física
4.3
4.3.1 ................................................................................................................................................................................................. 20 pontos
Tópicos de referência:
B) Determinação da dimensão das fendas da rede de difração: 1,67 × 10−6 m. ... 6 pontos
Etapas de resolução:
Nota 1: A não explicitação da etapa A) implica a atribuição de zero pontos à etapa B).
5.
5.1 ..................................................................................................................................................................................................... 20 pontos
Etapas de resolução:
5.3
5.3.1 ................................................................................................................................................................................................. 20 pontos
Etapas de resolução:
5.3.1 Intensidade da resultante das forças OU Intensidade da força de travagem. .................... 10 pontos
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6.
6.1 ..................................................................................................................................................................................................... 20 pontos
Etapas de resolução:
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Prova-modelo 1 — Física
978-111-11-4012-0
9 781111 140120
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