BANCO DE REACTIVOS PARA LA EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA DE LA ASIGNATURA DE FÍSICA II ELABORADO POR: PROF. YURI POSADAS VELÁZQUEZ TOTAL DE REACTIVOS: 134
PRIMERA UNIDAD TOTAL DE REACTIVOS PARA LA PRIMERA UNIDAD: 38 2
APRENDIZAJES EVALUADOS EN LOS REACTIVOS DE LA PRIMERA UNIDAD Ejemplificará situaciones donde se presentan fenómenos ondulatorios identificará ondas transversales y longitudinales en medios mecánicos. e Identificará las características de las ondas: amplitud, frecuencia, longitud de onda y velocidad. Resolverá problemas que involucran longitud de onda, frecuencia y velocidad de la misma. Describirá con ejemplos, tomados de la vida cotidiana, los fenómenos de: reflexión, refracción, interferencia, difracción y resonancia de las ondas mecánicas. Explicará que el sonido es una onda longitudinal cuya velocidad depende del medio que lo transmite. Reconocerá la importancia de los fenómenos ondulatorios en la sociedad. 3
PREGUNTAS Contesta lo siguiente y haz lo que se pide. 1. Qué es una onda? 2. De acuerdo con su geometría cómo se clasifican las ondas? Define y da un ejemplo de cada una de éstas. 3. Cuántos tipos de onda se han identificado en la naturaleza? Menciona algún fenómeno en el que se manifieste cada una de ellas. 4. Define los siguientes fenómenos que se presentan en las ondas mecánicas y da un ejemplo de cada uno de ellos: Reflexión: Difracción: Refracción: Interferencia: Resonancia: 4
5. Qué se entiende por infrasonido? Y por ultrasonido? 6. Cómo se mide la intensidad del sonido? Cuál es la intensidad mínima que puede percibir el oído? Cuál es la máxima? 7. Qué significan los términos umbral de audición y umbral del dolor? De qué magnitud son éstos en el caso de la audición humana. 8. Cómo se interpreta la expresión: dualidad onda-partícula? 9. Define los siguientes términos: Periodo: Frecuencia: Longitud de onda: Amplitud: Cresta: Valle: Nodo: 10. Menciona algunas aplicaciones tecnológicas de los ultrasonidos. 5
PROBLEMAS Haz lo que se pide. 1. Una onda cosenoidal se propaga con una velocidad de 2 m/s. Si su amplitud es de 4 m, su longitud de onda de 2 m y su fase de π/4, encontrar: a) La ecuación de la señal en la representación temporal: b) La frecuencia y el periodo de la onda: c) Representa gráficamente la ecuación del inciso a): y t d) Dar los valores de los nodos: 2. Obtener la longitud de onda de una nota musical emitida con una frecuencia de 440 Hz que viaja a una velocidad de 340 m/s? 6
3. A qué velocidad viajará el sonido cuando se golpea una varilla que tiene un módulo de Young igual a 5 000 N / m 2 y una densidad de 7 kg / m 3? 4. Un gas tiene una masa molecular de 1 kg/ kmol a una temperatura de 400 K. Calcular la velocidad del sonido de este gas, si su constante adiabática es de 1.44 (R = 8 134 J / kmol K). 5. Obtener la velocidad del sonido en el aire a una temperatura de 40 C. 7
Subraya la respuesta correcta. 1. Es un ejemplo de onda longitudinal OPCIÓN MÚLTIPLE a) el sonido b) la luz c) un tsunami d) una ola 2. En una onda transversal a) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son paralelas b) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son opuestas c) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son perpendiculares entre sí d) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son proporcionales 3. La luz es un tipo de onda a) mecánica b) longitudinal c) electromagnética d) gravitacional 4. La frecuencia de una señal cuya longitud de onda es de 5 m y que viaja a una velocidad de 10 m/s es de a) 2 Hz b) 0.5 Hz c) 50 Hz d) 15 Hz 5. Para una señal ultrasónica, es correcto el siguiente aserto: a) su frecuencia es inferior a 10 Hz b) su frecuencia es superior a 20 000 Hz c) su frecuencia está comprendida entre 10 y 20 000 Hz d) su frecuencia es percibida solamente por los seres humanos 6. Son animales capaces de generar ultrasonidos para detectar a sus presas a) el elefante y la serpiente b) el murciélago y la iguana c) el delfín y la musaraña d) el murciélago y el delfín 7. La energía de una onda mecánica es a) directamente proporcional al cuadrado de la amplitud b) inversamente proporcional al cuadrado de la amplitud c) directamente proporcional a la amplitud d) inversamente proporcional a la amplitud 8
8. En una onda longitudinal a) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son paralelas b) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son opuestas c) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son perpendiculares entre sí d) las direcciones de la perturbación y del desplazamiento de la onda son proporcionales 9. El siguiente enunciado es falso: a) el producto de la frecuencia y la longitud de onda es igual a la velocidad de propagación b) la frecuencia es inversamente proporcional al periodo c) la longitud de onda es directamente proporcional a la frecuencia d) la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia 10. Es un ejemplo de onda mecánica a) la luz b) la gravitación c) la electricidad d) el sonido 11. El umbral del dolor comienza a) arriba de los 120 db b) por debajo de los 120 db c) arriba de los 10 db d) por debajo de los 10 db 12. Es cierto que a) el sonido viaja con menor rapidez en el aire que en los metales b) el sonido viaja con mayor rapidez en el aire que en el agua c) el sonido viaja con mayor rapidez en el agua que en los metales d) el sonido viaja con menor rapidez en los metales que el aire 13. Una situación el que se presenta el fenómeno de reflexión es a) el colapso de una estructura b) cuando el sonido cambia su velocidad c) la reverberación d) en la deformación de una onda sonora 9
RELACIÓN DE COLUMNAS Relaciona correctamente las columnas. 1. Tecnología que utiliza el ultrasonido ( ) control remoto 2. Fenómeno en el cual una onda cambia ( ) 0.1 m de dirección. ( ) mecánicas 3. Fenómeno en el que la onda altera su forma. ( ) 10 m 4. Fenómeno en el cual la onda altera su ( ) electromagnéticas dirección o su velocidad. 5. Fenómeno que se presenta cuando un ( ) frecuencia sistema está próximo a la frecuencia natural de oscilación. ( ) nodo 6. Representa el tamaño máximo de una onda. ( ) reflexión 7. Tiempo en el cual una onda vuelve a repetirse. ( ) difracción 8. Tipo de ondas que precisan de un medio material para su propagación. ( ) amplitud 9. Tipo de ondas que pueden viajar en ausencia ( ) refracción de un medio material. 10. Una onda sonora viaja a 340 m/s y tiene una ( ) difracción frecuencia de 34 Hz, por lo tanto, su longitud de onda tiene un valor de ( ) resonancia ( ) sonar ( ) periodo 10
SEGUNDA UNIDAD TOTAL DE REACTIVOS PARA LA SEGUNDA UNIDAD: 49 11
APRENDIZAJES EVALUADOS EN LOS REACTIVOS DE LA SEGUNDA UNIDAD Explicará las diferentes formas en que un cuerpo puede electrizarse: frotamiento, contacto e inducción, considerando la transferencia de electrones. Comprenderá que la fuerza eléctrica entre dos objetos electrizados es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Calculará la intensidad del campo eléctrico producido por una o dos cargas puntuales. Explicará la corriente eléctrica a partir de la diferencia de potencial eléctrico y clasificará a los materiales de acuerdo a su facilidad para conducir cargas eléctricas. Aplicará la ley de Ohm en circuitos en serie y en paralelo. Describirá la fuerza de atracción o de repulsión que se observa entre dos conductores con corriente eléctrica constante y establecerá la dependencia de la fuerza de interacción magnética, entre los conductores con su separación. Describirá el campo magnético formado en torno de un conductor recto con corriente eléctrica constante así como el de una espira y una bobina. Describirá la generación de corriente eléctrica por la variación del campo magnético cerca de un conductor. Conocerá el funcionamiento y principales usos de un transformador Comprenderá el funcionamiento de un generador eléctrico. Describirá el funcionamiento de un motor eléctrico. Describirá el espectro de ondas electromagnéticas e identificará a la luz visible como parte de él. Conocerá que la frecuencia de una onda electromagnética es la frecuencia del campo oscilante que la causa. Conocerá que las ondas electromagnéticas transportan energía. Describirá algunos usos y aplicaciones de las ondas electromagnéticas. 12
PREGUNTAS Contesta lo siguiente y haz lo que se pide. 1. Describe las tres formas de electrizar un cuerpo y da un ejemplo de cada una de ellas. 2. Cómo se define la intensidad del campo eléctrico? 3. Cómo se define el potencial eléctrico? 4. Enuncia la ley de Coulomb. 5. Define el concepto de intensidad de la corriente eléctrica. 6. Define los siguientes términos y da dos ejemplos de materiales que cumplan con cada definición: conductor: aislante: 13
semiconductor: 7. Expresa la llamada ley de Ohm. 8. Un resistor de 22 Ω está conectado en serie con otro de 10 Ω. Cuánto vale la resistencia equivalente del arreglo? Cuánto valdrá la resistencia equivalente si los dos resistores se conectan en paralelo? Justifica tus respuestas y realiza los cálculos correspondientes. 9. Define el concepto de potencia eléctrica. 10. Explica el experimento de Oesterd y comenta cuál es su importancia histórica. 11. Define el concepto de densidad de flujo magnético (campo magnético). 12. Define los siguientes conceptos y menciona dos ejemplos de materiales que cumplan con esta definición: ferromagnético: paramagnético: 14
diamagnético: 13. Explica la ley de inducción de Faraday-Henry. 14. Describe en forma breve cómo funcionan los siguientes dispositivos eléctricos: motor: generador: transformador: 15. Cuál es la frecuencia de una estación de radio cuya longitud de onda es de 30 metros? Justifica tu respuesta y realiza el cálculo correspondiente. 16. Menciona cuáles son las señales del espectro electromagnético. Descríbelas en forma breve. 15
17. Ubica a los siguientes fenómenos o tecnologías dentro del rango de frecuencia que le corresponda en el espectro electromagnético: horno de microondas, control remoto, detector de billetes falsos, esterilización fría de alimentos, televisión, radiación de fondo del cosmos y lámparas para el bronceado artificial. 16
PROBLEMAS Haz lo que se pide. 1. Dos cargas de 10 x 10-6 C se encuentran separadas por una distancia de 0.03 mm. Encontrar la fuerza de repulsión electrostática entre ellas. 2. Suponiendo que los siguientes dispositivos siguen la ley de Ohm, completa la siguiente tabla: Dispositivo Corriente eléctrica I (A) Resistencia eléctrica (Ω) Voltaje (V) Potencia (W) Resistor 100 0.25 Calculadora 1 x 10-3 3 Cafetera 8 120 3. Calcular la intensidad del campo magnético a 20 cm de una partícula cuya carga es de 1 x 10-3 C. 17
4. Obtener la resistencia equivalente del arreglo mostrados enseguida: 5. Un electrón se mueve con una velocidad de 30 000 m / s en forma perpendicular s través de un campo magnético cuya intensidad es de 90 000 T. Encontrar la fuerza magnética que experimenta el electrón (la carga de éste es igual a -1.6 x 10-19 C). 6. Dos cables de alta tensión, ambos de 10 metros de longitud, están separados entre sí por una distancia de 2 metros. Si sobre un cable circula una corriente eléctrica de 2 A y sobre el otro una de -1.5 A, cuánto vale la fuerza magnética entre los cables? Esta fuerza es de repulsión o de atracción? 18
7. Obtener la fuerza electromotriz inducida en una bobina de 5 000 espiras, si el flujo magnético varía de 0.1 Wb a 0.5 Wb en 0.1 segundo. 8. Completa la siguiente tabla: Dispositivo, tecnología o fenómeno Frecuencia F (Hz) Radiocomunicador 49.1 x 10 6 Emisión del hidrógeno neutro 1.4 x 10 9 Estación de radio de onda corta Longitud de onda λ (m) 31 9. Se desea construir un transformador reductor de voltaje. Si el voltaje de entrada es de 120 V, el voltaje de salida de 12 V y el número de espiras del primario es de 200, cuál debe ser el número de espiras del secundario? Resultado 10. La plata tiene una resistividad de 1.6 x 10-8 Ωm. Cuánto vale la resistencia eléctrica de un alambre, elaborado con este material, de 10 metros de largo y 0.05 cm de espesor? Resultado 19
Subraya la respuesta correcta. OPCIÓN MÚLTIPLE 1. Es una aplicación de la radiación ultravioleta a) los controles remotos b) los detectores de billetes falsos c) la esterilización fría d) el horno de microondas 2. La siguiente aseveración es correcta: a) la fuerza electrostática es directamente proporcional al cuadrado de la distancia e inversamente proporcional al producto de las cargas b) la fuerza electrostática es directamente proporcional al producto de las cargas y de la distancia c) la fuerza electrostática es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d) la fuerza electrostática es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia 3. Realizó un experimento para demostrar la influencia de los campos magnéticos sobre los eléctricos a) Coulomb b) Faraday c) Henry d) Oersted 4. Verificó experimentalmente la cuantización del la carga eléctrica a) Millikan b) Coulomb c) Ầmpere d) Faraday 5. Las formas para electrizar la material son a) frotamiento, inducción y magnetización b) frotamiento, contacto y polarización c) frotamiento, contacto e inducción d) inducción, contacto y magnetización 6. El valor del campo eléctrico se obtiene 20
a) multiplicando la carga eléctrica y la fuerza eléctrica b) dividiendo la carga eléctrica entre la fuerza eléctrica c) calculando el inverso del producto de la carga eléctrica y la fuerza eléctrica d) dividiendo la fuerza eléctrica entre la carga eléctrica 7. El siguiente material posee la resistividad eléctrica más alta a) oro b) caucho c) silicio d) aluminio 8) Es un ejemplo de material diamagnético a) hierro b) aluminio c) agua d) platino 9) Tipo de central eléctrica que funciona a partir de la energía procedente del viento a) eoloeléctrica b) hidroeléctrica c) geotermoeléctrica d) nucleoeléctrica 10) Las señales electromagnéticas a) no pueden viajar a través del vacío. b) se propagan solamente a través de un medio con una velocidad de 3 x 10 8 m /s c) se propagan en el vacío con una velocidad de 3 x 10 8 m/s d) en cualquier medio se propagan con una velocidad de 3 x 10 8 m/s 11) La potencia eléctrica en un material óhmico se calcula a) multiplicando el voltaje y la corriente eléctrica b) dividiendo el voltaje entre la corriente eléctrica c) dividiendo la corriente eléctrica entre el voltaje d) multiplicando el voltaje y el cuadrado de la corriente eléctrica 12) La fuerza electromotriz a) es directamente proporcional al cambio en el flujo magnético b) es inversamente proporcional al cambio en el flujo magnético c) es directamente proporcional al tiempo d) es directamente proporcional al producto del flujo magnético y el tiempo 21
RELACIÓN DE COLUMNAS Relaciona correctamente las columnas. 1. Forma de electrización en la que no ( ) aniquilación de pares hay contacto entre los sistemas 2. Se le denomina así a los materiales ( ) ferromagnéticos que son débilmente atraídos por los campos magnéticos ( ) conductores 3. Dispositivo empleado para obtener ( ) dieléctricos corriente continua ( ) 340 m/s 4. Es un fenómeno en el cual se produce ( ) emisión espontánea radiación gamma ( ) microondas 5. Científico que demostró el fenómeno ( ) Oersted de inducción 6. Velocidad de propagación de las ondas ( ) paramagnéticos electromagnéticas en el vacío 7. Son materiales con menos de cuatro ( ) semiconductores electrones de valencia 8. Descubridor del neutrón ( ) sonido 9. Ejemplo de señal electromagnética ( ) generador 10. Descubridor del electrón ( ) Chadwick ( ) Faraday ( ) inducción ( ) frotamiento ( ) 300 000 km/ s ( ) Thomson 22
TERCERA UNIDAD TOTAL DE REACTIVOS PARA LA TERCERA UNIDAD: 47 23
APRENDIZAJES EVALUADOS EN LOS REACTIVOS DE LA TERCERA UNIDAD Indicará fenómenos físicos que la Física Clásica no pudo explicar. Describirá el efecto fotoeléctrico. Conocerá el comportamiento dual de los electrones. Comprenderá algunas implicaciones de la constancia de la velocidad de la luz. Conocerá la interpretación relativista de la relación masa-energía y su aplicación en la producción de energía nuclear. Describirá algunas aplicaciones y contribuciones de la Física Moderna al desarrollo científico y tecnológico: o Describirá los procesos de fisión y fusión. o Citará las principales aplicaciones de los isótopos radiactivos y su impacto en la sociedad. o Explicará la producción de la energía en el Sol debida a reacciones de fusión. Conocerá nuevos materiales y tecnologías y sus aplicaciones: Láser, superconductores, fibra óptica y nanotecnología. 24
PREGUNTAS Contesta lo siguiente y haz lo que se pide. 1. Menciona los problemas que la física clásica no pudo resolver y que llevaron al surgimiento de la física contemporánea. 2. Explica, a grandes rasgos, en qué consiste la teoría del átomo de Bohr. Comenta sus aciertos y sus limitaciones. 3. Menciona y explica brevemente algunos fenómenos en los que predomine el comportamiento corpuscular. 4. Menciona y explica brevemente algunos fenómenos en los que predomine el comportamiento ondulatorio. 5. Enuncia los dos postulados de los que partió Einstein para formular su teoría de la relatividad especial. 25
6. Qué dice el principio de equivalencia masa-energía? 7. Enumera algunos aciertos y problemas pendientes de la teoría de la relatividad. 8. Describe en qué consiste: la desintegración beta: la fisión nuclear: la fusión nuclear: el ciclo Bethe (ciclo del carbono): la desintegración alfa: 9. Describe brevemente el funcionamiento de un reactor nuclear. 26
10. Enumera algunas aplicaciones de los radioisótopos. 11. Describe el proceso de emisión láser. 12. Menciona en qué consiste y cuáles son las aplicaciones de: la nanotecnología: la fibra óptica: los superconductores: 13. Menciona algunas de las teorías acerca del origen del Universo. 14. Describe en forma breve cómo fue el origen del Universo, según la teoría del Big Bang. 27
15. Menciona qué sucederá, según esta teoría, en el caso de tener un: universo cerrado: universo abierto: 28
PROBLEMAS Haz lo que se pide. 1. El cobalto 60 tiene una vida media de 5.24 años. Al cabo de cuánto tiempo un kilogramo de este isótopo habrá reducido su actividad radiactiva a la mitad? 2. Una señal electromagnética tiene una frecuencia de 620 x 10 9 Hz. Obtener su frecuencia y su energía de Planck. 3. Encontrar la energía máxima de los electrones en el potasio cuando incide un haz ultravioleta con una longitud de onda de 2500 x 10-10 m, si la función de trabajo de este elemento es de 3.5 x 10-19 J. 29
4. Un objeto estelar tiene una masa de 9 x 10 36 kg y un radio de 3 000 km. Obtener la frecuencia de un fotón con una frecuencia de 1 x 10-9 m cuando abandone la superficie de dicho objeto. 5. Un electrón tiene una masa de 9.109 x 10-31 kg y una velocidad de 100 000 m/s. Obtener su longitud de onda de De Bröglie. 6. Con qué velocidad debe viajar un objeto de 6 metros de longitud para que un observador en reposo mida una longitud de 1 metro para ese objeto en movimiento? 7. Encontrar la velocidad relativista medida por un observador en reposo para una partícula que sale con una velocidad de 250 000 km/s de un objeto que se desplaza a 60 000 km/s. 30
8. Samantha y su hermana conocieron a un extraterrestre que las invitó a pasear en su nave espacial. Solamente la primera aceptó la invitación y la segunda decidió quedarse en la Tierra. Si la nave se desplazó con una velocidad de 299 000 km/s y Samantha registró que el viaje duró nueve meses, qué tiempo transcurrió para su hermana? 9. Si en un reactor de fisión nuclear se fisiona solamente la milésima parte de 5.67 kg de uranio 238, calcular la energía liberada en el proceso. 10. Si m H = 1.673997 x 10-27 kg y m He = 6.6483323 x 10-27 kg, encontrar la energía liberada en la siguiente reacción de fusión nuclear 2 1 H + 2 1H 4 2 He 31
Subraya la respuesta correcta. 1. Es un ejemplo de isótopo radiactivo a) cesio 137 b) deuterio c) silicio 30 d) plomo 208 2. En una fisión nuclear OPCIÓN MÚLTIPLE a) núcleos de elementos ligeros se unen para formar núcleos de mayor peso atómico y se libera energía b) un núcleo de gran peso atómico se escinde en otros más ligeros y se libera energía c) se desintegra la totalidad del elemento y se convierte en energía d) un núcleo de gran peso atómico se convierte en un núcleo de otro elemento y se pierde energía 3. Es uno de los problemas que la física clásica no pudo resolver a) la catástrofe ultravioleta b) las leyes de la óptica c) la carga eléctrica d) la unificación de los campos eléctricos y magnéticos 4. En una desintegración beta a) un neutrón decae en un protón y un electrón b) un protón decae en un neutrón y un antineutrino c) un neutrón decae en un protón, un electrón y un antineutrino d) un neutrón decae en un protón, un electrón y un neutrino 5. Científico que construyó el primer reactor nuclear a) Einstein b) Fermi c) Bohr d) Heisenberg 6. En la teoría del Big Bang a) el Universo surgió en un instante a raíz de una gran explosión b) la materia se crea en forma continua y el Universo no tiene principio ni fin 32
c) existen varios universos; algunos nacen y otros se desintegran d) el Universo existe desde siempre y su expansión es indefinida 7. En un material superconductor a) la resistencia eléctrica es muy grande b) prácticamente no se presenta oposición al paso de la corriente eléctrica c) el paso de la corriente eléctrica depende de cómo se polarice el material d) se forma en el interior un campo magnético muy intenso 8. Fenómeno que se presenta en la producción de un haz láser a) corrimiento al rojo b) creación de pares c) efecto fotoeléctrico d) emisión estimulada 9. Material empleado como moderador en algunos reactores nucleares a) titanio b) grafito c) uranio d) agua mineral 10. Es un problema que aún no se resuelve favorablemente para la teoría de la relatividad a) la existencia de los campos electromagnéticos b) la existencia del fotón c) la existencia de las ondas de materia d) la existencia de las ondas gravitacionales 11. Un fenómeno que muestra el comportamiento ondulatorio de la radiación es a) el efecto Compton b) la difracción de Bragg c) el efecto fotoeléctrico d) el corrimiento gravitacional hacia el rojo (efecto Einstein) 12. Una aplicación de la nanotecnología es a) la fabricación de sensores moleculares para el diagnóstico de enfermedades b) la elaboración de electroimanes c) la distribución de la energía eléctrica d) la fabricación de láseres semiconductores 33
RELACIÓN DE COLUMNAS Relaciona correctamente las columnas. 1. Predijo la existencia del neutrino y formuló ( ) Sommerfeld el principio de exclusión 2. En una desintegración beta aparece ( ) un electrón 3. Explicó el efecto fotoeléctrico y formuló la ( ) Bohr teoría de la relatividad 4. Es la teoría sobre el origen del Universo ( ) Difracción de Bragg más aceptada en la actualidad 5. La levitación de un imán sobre la superficie ( ) bomba atómica de un superconductor a baja temperatura se debe al 6. Artefacto en el que se desencadena una ( ) Einstein fusión nuclear 7. Es uno de los problemas que la física ( ) efecto Compton clásica no logró resolver 8. Explicó el fenómeno de estructura fina ( ) Efecto Meissner 9. Fenómeno en el que se manifiesta el comportamiento ondulatorio de la materia ( ) El Big Bang 10. Fenómeno en el que se manifiesta el comportamiento corpuscular de la materia ( ) Creación continua ( ) El comportamiento de los calores específicos a temperaturas bajas ( ) un núcleo de helio ( ) Bomba H ( ) La velocidad de la luz 34