10. e 11. anos
Duração + Tolerância: 60 + 15 minutos
O Exame Nacional de Física e de Química A tem dura- ção de 120 min (+ 30 min de tolerância) e contempla conteúdos de Física (10.o e 11.o anos) e Química (10.o e 11.o anos) em igual proporção. Esta prova-modelo tem a mesma estrutura do Exame Nacional mas contempla apenas a componente de Física, razão pela qual foi pen- sada para 60 min de duração.
É permitida a utilização de régua e calculadora gráfica.
A prova inclui uma tabela de constantes e um formulário.
As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.
Os critérios de classificação encontram-se
nas últimas páginas.
TABELA DE CONSTANTES
Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 * 108 m s–1
Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra g = 10 m s–2
Constante de gravitação universal G = 6,67 * 10–11 N m2 kg–2
FORMULÁRIO Energia e movimentos
Ec = 1
2 mv2 WF→ = F d cos θ W = 'Ec Ep = m g h
P = E
Δt Em = Ec + Ep WF→ = −'Ep
Energia e fenómenos elétricos
U = R I R = ρ ᐉ
A P = U I U = ε − r I
Energia, fenómenos térmicos e radiação
E = m c 'T E = m 'h 'U = W + Q
Er = P
A T / K = t / oC + 273,15
Cinemática
v = v0 + a t x = x0 + v0 t + 1
2 a t2 ω = 2π
T ac = v2
r v = ω r
Dinâmica
F→ = m a→ Fg = G m1 m2
r2 Ondas e sinais sinusoidais
O = v
f y = A sin(ω t) n = c
v n1 sin α1 = n2 sin α2
Eletromagnetismo
Φ = B A cos α |εi| = |ΔΦ|
Δt
Us Up = Ns
Np
Prova-modelo 2 de Física
10.
oe 11.
oanos
Duração + Tolerância: 60 + 15 minutos
Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta.
Nas respostas aos itens em que é pedida a apresentação de todas as etapas de resolução, explicite todos os cálculos efetuados e apresente todas as justificações ou conclusões solicitadas.
Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado dos itens e na tabela de constantes).
GRUPO I
Muitos dispositivos que hoje usamos, como microfones e altifalantes, detetores de metais, lanternas sem pilhas, placas de indução, dínamos de bicicletas, etc., baseiam-se na indução eletromagnética prevista e observada pelo inglês Michael Faraday em 1831. Dez anos antes o dinamarquês Christian Oersted tinha observado que as correntes elétricas criam campos magnéticos. Foram estes os factos experimentais que fizeram surgir a teoria do eletromagnetismo, desenvolvida por Maxwell ainda antes dos finais do século XIX.
1. Como Oersted observou, uma corrente elétrica cria um campo magnético, manifestado pela ação exercida sobre agulhas magnéticas. A Figura 1 mostra linhas de campo magnético criado por um fio longo percorrido por corrente elétrica, perpendicular ao plano da folha e concêntrico com as linhas de campo representadas, e quatro agulhas magnéticas (em cada agulha o polo norte está identifi- cado com cor).
E
(A) (B) (C) (D)
Figura 1
O sentido da corrente elétrica no fio aponta
(A) de lá para cá do plano da folha e uma agulha magnética colocada no ponto E orienta-se como a agulha A.
(B) de lá para cá do plano da folha e uma agulha magnética colocada no ponto E orienta-se como a agulha C.
(C) de cá para lá do plano da folha e uma agulha magnética colocada no ponto E orienta-se como a agulha D.
(D) de cá para lá do plano da folha e no ponto E uma agulha magnética aí colocada orienta-se como a agulha B.
2. Qual é o fenómeno referido no texto que está na base da produção industrial de energia elétrica?
3. Para diminuir as perdas de energia no transporte da corrente elétrica das centrais elétricas até aos locais de consumo usam-se transformadores. À saída de uma central há um transformador no qual a corrente elétrica no secundário é 20 vezes menor do que a corrente elétrica no primário. As potên- cias disponibilizadas pelo primário e pelo secundário são iguais.
3.1 Complete a frase com uma das opções seguintes:
A diferença de potencial no secundário do transformador é …. do que a diferença de potencial no primário, sendo o número de espiras do secundário …. do que o número de espiras do primário.
(A) 20 vezes maior … 20 vezes maior (B) 20 vezes menor … 20 vezes maior (C) 20 vezes menor … 20 vezes menor (D) 20 vezes maior … 20 vezes menor
3.2 A corrente elétrica do secundário é posteriormente transportada por cabos. O facto de esta corrente ser 20 vezes menor do que a original permite que a potência dissipada nos cabos por efeito Joule seja
(A) 20 vezes maior.
(B) 202 vezes maior.
(C) 20 vezes menor.
(D) 202 vezes menor.
GRUPO II
A Figura 2 mostra dois sinais elétricos visualizados num osciloscópio, provenientes de dois microfones colocados em frente a um altifalante ligado a um gerador de sinais que marcava 800 Hz.
Figura 2
1. A base de tempo do osciloscópio estava regulada para (A) 0,40 ms/div.
(B) 0,10 ms/div.
(C) 0,25 ms/div.
(D) 0,50 ms/div.
2. O comutador da escala vertical do osciloscópio foi regulado para 0,5 V/div. Para o sinal correspon- dente ao som captado pelo microfone mais próximo do altifalante indique, em unidades SI:
2.1 o valor da amplitude do sinal atendendo à incerteza absoluta de leitura.
2.2 a expressão do sinal elétrico sinusoidal, U(t).
GRUPO III
Lança-se do solo, verticalmente e para cima, uma pequena bola de massa 100 g, redutível a uma par- tícula. A componente escalar da sua velocidade, desde o instante de lançamento até atingir o solo, é descrita pelo gráfico da Figura 3. Desprezam-se as forças dissipativas.
0 1,00 2,00t / s vy / m s−1
Figura 3
1. Determine o trabalho realizado pelo peso da bola desde o instante de lançamento até atingir a altura máxima. Apresente todas as etapas de resolução.
2. Sendo F a intensidade da resultante das forças aplicadas na bola, Em a energia mecânica do sistema bola + Terra e Ec a energia cinética da bola, qual das opções descreve o movimento de subida da bola? A posição inicial corresponde a h = 0.
A B
Em
0 h F
0 h
F
0 h
Em
0 h
Ec
0 h F
0 h
F
0 h Ec
0 h
C D
3. A bola colide com o solo com velocidade de módulo v, ressaltando a uma altura igual a metade da altura máxima que atingiu inicialmente. O módulo da velocidade com que inicia o ressalto é
(A) v / 2 , sendo dissipada 25% da energia mecânica na colisão com o solo.
(B) v / 兹2 , sendo dissipada 25% da energia mecânica na colisão com o solo.
(C) v / 2 , sendo dissipada 50% da energia mecânica na colisão com o solo.
(D) v / 兹2 , sendo dissipada 50% da energia mecânica na colisão com o solo.
4. Se a bola tivesse sido lançada na Lua, ficaria sujeita a uma aceleração gravítica que é cerca de seis vezes menor do que a aceleração gravítica à superfície da Terra. Sendo o raio da Lua igual a 1737 km, determine a massa da Lua. Apresente todas as etapas de resolução.
GRUPO IV
Por aquecimento, uma substância pode aumentar a sua temperatura ou sofrer mudanças de estado físico.
1. O gráfico da Figura 4 descreve a temperatura de uma substância, inicialmente no estado sólido, em função do tempo de aquecimento.
Tempo
Temperatura
T1
T2
T3
T4
Figura 4
O gráfico permite afirmar que:
(A) É necessária mais energia para fundir 1 kg da substância do que para a vaporizar.
(B) No intervalo de tempo em que a temperatura é T3 coexistem os estados sólido e líquido.
(C) É necessária mais energia para aumentar a temperatura de 1 kg da substância de 1 oC quando ela está no estado sólido do que quando está no estado líquido.
(D) A capacidade térmica mássica no estado líquido é menor do que a capacidade térmica mássica no estado sólido.
2. Um azeite tem capacidade térmica mássica de 2,00 × 103 J kg−1 K−1 e entra em ebulição à tempe- ratura de 210 oC mas, por razões de saúde, não é aconselhável utilizá-lo acima de 190 oC.
Aqueceram-se 500 g de azeite, num recipiente metálico, usando-se um disco elétrico cuja resis- tência elétrica é 500 Ω e que é percorrida por uma corrente elétrica constante de 1,0 A. A tempe- ratura do azeite elevou-se de 15 oC para 190 oC.
2.1 Determine, em minutos, o intervalo de tempo necessário para aquecer o azeite, supondo que apenas 80% da energia da fonte de aquecimento é aproveitada para esse processo. Apresente todas as etapas de resolução.
2.2 No aquecimento do azeite, o principal mecanismo de transferência de energia no seu interior (A) é a convecção térmica, diminuindo a energia interna do azeite.
(B) é a condução térmica, diminuindo a energia interna do azeite.
(C) é a condução térmica, aumentando a energia interna do azeite.
(D) é a convecção térmica, aumentando a energia interna do azeite.
FIM
COTAÇÕES GRUPO I
1. ... 10 pontos 2. ... 10 pontos 3.
3.1 ... 10 pontos 3.2 ... 10 pontos ________________
40 pontos
GRUPO II
1. ... 10 pontos 2.
2.1 ... 10 pontos 2.2 ... 10 pontos ________________
30 pontos
GRUPO III
1. ... 30 pontos 2. ... 10 pontos 3. ... 10 pontos 4. ... 30 pontos ________________
80 pontos
GRUPO IV
1. ... 10 pontos 2.
2.1 ... 30 pontos 2.2 ... 10 pontos ________________
50 pontos ________________
TOTAL ... 200 pontos
Critérios de classificação
Prova-modelo 2
CRITÉRIOS GERAIS DE CLASSIFICAÇÃO
• Nos itens de cálculo em que o resultado final não tenha significado físico, no contexto das situa- ções em exploração, devido a erros de raciocínio/interpretação em etapas prévias, ou que decor- ram diretamente do não respeito pelas instruções do item, a classificação a atribuir é zero pontos.
• Nos itens de construção de texto em que exista correspondência direta entre o estabelecido nos vários elementos de resposta, a incoerência no estabelecimento dessa correspondência implica a anulação dos elementos envolvidos, ou daquele em que essa incoerência é manifestada, de acordo com os critérios específicos.
• Nos itens de construção de texto a apresentação de uma resposta que seja apenas a compilação de frases independentes, sem o estabelecimento de relações/articulação entre os vários elemen- tos de resposta a explorar, será desvalorizada.
CRITÉRIOS ESPECÍFICOS DE CLASSIFICAÇÃO GRUPO I
1. (B). ... 10 pontos 2. Indução eletromagnética ... 10 pontos 3.
3.1 (A). ... 10 pontos 3.2 (D). ... 10 pontos
GRUPO II
1. (C). ... 10 pontos 2.
2.1 Umáx. = (1,00 r 0,05) V. ... 10 pontos 2.2 U(t) = 1,00 sin (1600 S t) (SI). ... 10 pontos
GRUPO III
1. ... 10 pontos Etapas de resolução:
A) Determinação da velocidade inicial: 10 m s−1. ... 10 pontos B) Determinação da variação da energia cinética até à altura máxima: −5,0 J. ... 10 pontos C) Aplicação do teorema da energia cinética e identificação
do trabalho do peso com a variação da energia cinética: −5, 0 J. ... 10 pontos OU
A) Determinação da velocidade inicial: 10 m s−1. ... 10 pontos B) Determinação da distância percorrida na subida: 5,0 m. ... 10 pontos C) Determinação do trabalho do peso: −5,0J. ... 10 pontos
2. (B). ... 10 pontos 3. (D). ... 10 pontos 4. ... 30 pontos
Etapas de resolução:
A) Determinação da aceleração gravítica na Lua: 1,67 m s−2. ... 5 pontos B) Determinação da expressão da aceleração gravítica a partir
da Segunda Lei de Newton e da Lei da Gravitação Universal. ... 20 pontos C) Determinação da massa da Lua: 7,6 × 1022 kg ... 5 pontos
Nota 1: A não resolução da etapa B) implica a atribuição de zero pontos à etapa C).
GRUPO IV
1. (D). ... 10 pontos 2.
2.1 ... 30 pontos Etapas de resolução:
A) Determinação da energia útil: 1,75 × 105 J. ... 10 pontos B) Determinação da energia fornecida pela fonte: 2,19 × 105 J. ... 10 pontos C) Determinação do intervalo de tempo: 7,3 min. ... 10 pontos
2.2 (D). ... 10 pontos
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