EXAMEN DE FÍSICA 2º BACHILLERATO

EXAMEN DE FÍSICA 2º BACHILLERATO
19/04/2016
Utiliza sólo las constantes que te dan en los ejercicios.
1ª.- Suponga que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es circular de radio ciento cincuenta millones de kilómetros.
(1,25 puntos) Calcule razonadamente la velocidad de órbita de la Tierra y la masa del Sol.
(1,25 puntos) Si el radio orbital de la tierra disminuyera en un 20%, ¿cuáles serían el periodo de revolución (en
días) y la velocidad orbital de la Tierra?
G = 6,67·10-11 N m2 kg-2
a)
b)
SOLUC:
30
a) MS = 2.10 Kg vorb = 29870 m/s
b) vorb = 33342 m/s m/s T = 261,6 días
2ª.- A) (1,25 puntos) Potencial electrostático de una carga puntual.
B) (1,25 puntos) Cuando una partícula cargada se mueve en la dirección y sentido de un campo eléctrico, aumenta su energía
potencial. Razone qué signo tiene la carga de la partícula.
SOLUC:
B) Se trata de una carga negativa
3ª.- Dos hilos metálicos largos y paralelos, en el vacío, por los que circulan corrientes de 3A y 4A, pasan por los vértices opuestos
de un cuadrado de 2 m de lado, situado en un plano perpendicular a la dirección de los hilos. El sentido de las corrientes es
opuesto.
a) (1,25 puntos) Dibuje razonadamente un esquema en el que figuran las interacciones mutuas y calcule la fuerza por
unidad de longitud que cada hilo ejerce sobre el otro.
b) (1,25 puntos) Dibuje y calcule el campo magnético que cada corriente crea en uno de los dos vértices que no están
ocupados. Haga lo mismo con el campo magnético resultante en dicho vértice.
0 = 4  10-7 N·m2·A-2
SOLUC:
-7
a) F12 = F21 = 8,5.10 N/m y es de repulsión
-7
-7
b) B1 = 3.10 T
B2 = 4.10 T Estos son los módulos de cada campo que no cambian sea cual sea la orientación que le
hayas dado al cuadrado. Sin embargo, la orientación de estos vectores si depende de como hayas colocado el cuadrado y de cuál de
los dos vértices disponibles hayas tomado. Tú tendrías que dar también el valor de los vectores.
La suma de los dos vectores campo, que son vectores perpendiculares entre sí, da el vector campo resultante y sus
coordenadas dependen del vértice utilizado y de la colocación del cuadrado. El módulo del campo resultante es independiente de la
-7
colocación del cuadrado y del vértice utilizado de los dos disponibles. El módulo vale 5.10 T
4ª.- A) (1,25 puntos) Dualidad onda-corpúsculo. Hipótesis de De Broglie.
B) (1,25 puntos) Un haz de electrones se acelera desde el reposo con una diferencia de potencial ΔV. Tras ese proceso la
longitud de onda asociada a los electrones es de 8·10-11 m. Haga un análisis energético del proceso y determine la diferencia de
potencial aplicada a los electrones.
h = 6,63·10-34 J s
me = 9,11·10-31 kg
c = 3·108 m s-1
e=1,6·10-19 C
SOLUC:
B) ΔV = 236 V
5ª.- A) (1,25 puntos) Polarización de ondas.
B) (1,25 puntos) Un haz de luz de 1015 Hz incide desde el aire sobre la superficie de un material de cuarzo (n = 1,46). Calcula
el ángulo de incidencia para que la luz reflejada esté totalmente polarizada.
naire = 1 c = 3 ·108 m s-1
SOLUC:
B) 55,6º
6ª.- A) (1,25 puntos) Teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico.
B) (1,25 puntos) Una superficie metálica emite fotoelectrones cuando se ilumina con luz verde pero no emite con luz amarilla.
Razone qué ocurrirá cuando se ilumine con luz azul o con luz roja.
SOLUC:
B) Para responder a esta pregunta hay que tener en cuenta dos cosas fundamentales:
- Los colores del espectro visible en orden creciente de frecuencia (f), y por tanto de energía,son:
rojo, amarillo, verde, azul y violeta.
- La energía de los fotones que componen cada radiación viene dada por la expresión E = h.f
Si la luz amarilla no produce el efecto fotoeléctrico en este metal es porque los fotones de la radiación amarilla tienen menos energía (E =
h.f) que el trabajo de extracción del metal (Wext. = h.f0), es decir, la frecuencia de la radiación amarilla es menor a la umbral. Como la luz roja es
de menor frecuencia que la luz amarilla, los fotones que componen la radiación roja son menos energéticos que los de la luz amarilla y por tanto
la radiación roja tampoco podrá arrancar electrones del metal.
Si la luz verde produce el efecto fotoeléctrico en este metal es porque los fotones de la radiación verde tienen una energía (E = h.f) que es
igual o mayor al trabajo de extracción del metal (Wext. = h.f0), es decir, la frecuencia de la radiación verde es mayor o igual a la frecuencia
umbral. Como la luz azul es de mayor frecuencia que la luz verde, su frecuencia es mayor que la umbral, y sus fotones son más energéticos
que los de la luz verde y sí se producirá el efecto fotoeléctrico, quedando además los fotoelectrones arrancados con una cierta energía cinética.
7ª.- El campo eléctrico en las proximidades de la superficie de la Tierra es aproximadamente 150 N C-1, dirigido hacia abajo.
a) (1,25 puntos) Compare las fuerzas eléctrica y gravitatoria que actúan sobre un electrón situado en esa región.
b) (1,25 puntos) ¿Qué carga debería suministrarse a un clip metálico sujetapapeles de 1 g para que la fuerza eléctrica
equilibre a su peso cerca de la superficie de la Tierra?
g = 10 m s-2
SOLUC:
a) Fuerza eléctrica: vertical y hacia arriba
b) q = - 0,67 µC
Fuerza gravitatoria: vertical y hacia abajo
8ª.- Una cuerda vibra de acuerdo con la ecuación: y(x,t) = 5 cos (0,4πx) sen (30πt) donde x e y están en cm y t en s.
A) (1,25 puntos) Describe de qué onda se trata y las principales características de esta vibración.
B) (1,25 puntos) Calcula la velocidad de vibración del punto que dista 10 cm en el instante 0,05 s. Comenta el resultado.
SOLUC:
A) Se trata de una onda estacionaria, es decir, de la superposición o interferencia de dos ondas iguales que viajan en
sentido contrario.
En esta onda todos los puntos vibran con la misma frecuencia: 30π rad/s
Pero no todos lo hacen con la misma amplitud ya que depende de la posición: Ar = 5 cos (0,4πx) cm.
Hay puntos que vibran con máxima amplitud, Ar = ± 5 cm. Estos puntos se denominan vientres y en ellos las ondas han
interferido en fase, es decir, la interferencia ha sido totalmente constructiva.
Los vientres se localiza en las posiciones x = n/0,4 cm (n = 0, 1, 2, …)
Hay puntos que no vibran, Ar = 0: Estos puntos son los nodos y en ellos las ondas han interferido en oposición de fase, es
decir, la interferencia ha sido totalmente destructiva.
Los nodos se localizan en las posiciones: x = (2n + 1) / 0,8 cm n = 0, 1, 2, …)
La separación de dos nodos consecutivos o de dos vientres consecutivos es de media longitud de onda (λ/2).
La separación entre un nodo y un vientre consecutivo es de un cuarto de longitud de onda (λ/4).
Y ahora un buen dibujo señalando en él lo más característico.
Las magnitudes características de esta onda son:
Frecuencia angular o pulsación: ω = 30π rad/s
Frecuencia: f = 15 Hz
Número de ondas: 0,4π rad/cm
Longitud de onda: λ = 5 cm
Periodo: 1/15 s
Velocidad de vibración: v(x,t) = 150 cos (0,4πx) cos (30πt) cm/s (t en s y x en cm)
B) v (x = 10 cm, t = 0,05 s) = 0 cm/s .
¡¡¡CUIDADO!!! No se trata de un nodo porque la amplitud de este punto no es nula (en realidad tiene de amplitud 5 cm,
es decir, es un vientre). Lo que ocurre es que este punto de la cuerda en este instante se encuentra en uno de los extremos de la
trayectoria.