Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta.

Transcrição

1 Teste Intermédio Física e Química A Versão 2 Duração do Teste: 90 minutos º Ano de Escolaridade Indique de forma legível a versão do teste. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta. É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora gráfica. Não é permitido o uso de corretor. Em caso de engano, deve riscar aquilo que pretende que não seja classificado. Para cada resposta, indique a numeração do grupo e do item. Apresente as suas respostas de forma legível. Apresente apenas uma resposta para cada item. O teste inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do teste. TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 1/ 12

2 TABELA DE CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3, 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, N m 2 kg -2 Constante de Avogadro N A = 6, mol -1 Constante de Stefan-Boltzmann v = 5, W m -2 K -4 Produto iónico da água (a 25 C) K w = 1, Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm 3 mol -1 FORMULÁRIO Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin)... T = i 273,15 T temperatura absoluta (temperatura em kelvin) i temperatura em grau Celsius Densidade (massa volúmica)... t = m m massa V V volume Efeito fotoelétrico... E rad = E rem E c E rad energia de um fotão da radiação incidente no metal E rem energia de remoção de um eletrão do metal E c energia cinética do eletrão removido Concentração de solução... c = n n quantidade de soluto V V volume de solução Relação entre ph e concentração de H 3 O....pH = -log {[H 3 O ] / mol dm -3 } 1.ª Lei da Termodinâmica... DU = W Q R DU variação da energia interna do sistema (também representada por DE i ) W energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação Lei de Stefan-Boltzmann... P = e vat 4 P potência total irradiada pela superfície de um corpo e emissividade da superfície do corpo v constante de Stefan-Boltzmann A área da superfície do corpo T temperatura absoluta da superfície do corpo Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura... m massa do corpo c capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT variação da temperatura do corpo Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução... Q energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k condutividade térmica do material de que é constituída a barra A área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l comprimento da barra DT diferença de temperatura entre as extremidades da barra E = m cdt Q Dt = k A l DT TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 2/ 12

3 Trabalho realizado por uma força constante, F, que atua sobre um corpo em movimento retilíneo... d módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força a ângulo definido pela força e pelo deslocamento W = Fd cosa Energia cinética de translação... E c = 1 mv 2 m massa 2 v módulo da velocidade Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência... m massa g módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra h altura em relação ao nível de referência considerado Teorema da energia cinética... W soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam num corpo, num determinado intervalo de tempo DE c variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo E p = m g h W = DE c Lei da Gravitação Universal... F g = G m 1 m 2 r 2 F g módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m 1 (m 2 ) na massa pontual m 2 (m 1 ) G constante de Gravitação Universal r distância entre as duas massas 2.ª Lei de Newton... F = m a F resultante das forças que atuam num corpo de massa m a aceleração do centro de massa do corpo Equações do movimento retilíneo com aceleração constante... x = x 0 v 0 t 1 at 2 x valor (componente escalar) da posição 2 v valor (componente escalar) da velocidade v = v 0 at a valor (componente escalar) da aceleração t tempo Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante... a c = v 2 r a c módulo da aceleração centrípeta v módulo da velocidade linear v = 2rr T r raio da trajetória T período do movimento ~ = 2r T ~ módulo da velocidade angular Comprimento de onda... m = v f v módulo da velocidade de propagação da onda f frequência do movimento ondulatório Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... y = A sin(~t) A amplitude do sinal ~ frequência angular t tempo Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, em que existe um campo magnético uniforme, B... U m = B A cosa a ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície Força eletromotriz induzida numa espira metálica... f i = DU m Dt DU m variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo Dt Lei de Snell-Descartes para a refração... n 1 sin a 1 = n 2 sin a 2 n 1, n 2 índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente a 1, a 2 ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respetivamente TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 3/ 12

4 TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 4/ 12 TABELA PERIÓDICA 55 Cs 132,91 56 Ba 137, Lantanídeos 72 Hf 178,49 73 Ta 180,95 74 W 183,84 75 Re 186,21 76 Os 190,23 77 Ir 192,22 78 Pt 195,08 79 Au 196,97 80 Hg 200,59 81 T 204,38 82 Pb 207,21 83 Bi 208,98 84 Po [208,98] 85 At [209,99] 86 Rn [222,02] 37 Rb 85,47 38 Sr 87,62 39 Y 88,91 40 Zr 91,22 41 Nb 92,91 42 Mo 95,94 43 Tc 97,91 44 Ru 101,07 45 Rh 102,91 46 Pd 106,42 47 Ag 107,87 48 Cd 112,41 49 In 114,82 50 Sn 118,71 51 Sb 121,76 52 Te 127,60 53 I 126,90 54 Xe 131,29 19 K 39,10 20 Ca 40,08 21 Sc 44,96 22 Ti 47,87 23 V 50,94 24 Cr 52,00 25 Mn 54,94 26 Fe 55,85 27 Co 58,93 28 Ni 58,69 29 Cu 63,55 30 Zn 65,41 31 Ga 69,72 32 Ge 72,64 33 As 74,92 34 Se 78,96 35 Br 79,90 36 Kr 83,80 11 Na 22,99 12 Mg 24,31 13 A 26,98 14 Si 28,09 15 P 30,97 16 S 32,07 17 C 35,45 18 Ar 39,95 3 Li 6,94 4 Be 9,01 5 B 10,81 6 C 12,01 7 N 14,01 8 O 16,00 9 F 19,00 10 Ne 20,18 1 H 1,01 2 He 4,00 90 Th 232,04 91 Pa 231,04 92 U 238,03 93 Np [237] 94 Pu [244] 95 Am [243] 96 Cm [247] 97 Bk [247] 98 Cf [251] 99 Es [252] 100 Fm [257] 101 Md [258] 102 No [259] 103 Lr [262] 58 Ce 140,12 59 Pr 140,91 60 Nd 144,24 61 Pm [145] 62 Sm 150,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,25 65 Tb 158,92 66 Dy 162,50 67 Ho 164,93 68 Er 167,26 69 Tm 168,93 70 Yb 173,04 71 Lu 174,98 87 Fr [223] 88 Ra [226] Actinídeos 105 Db [262] 104 Rf [261] 107 Bh [264] 108 Hs [277] 109 Mt [268] Número atómico Elemento Massa atómica relativa 110 Ds [271] 111 Rg [272] 89 Ac [227] 57 La 138, Sg [266]

5 Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Nas respostas aos itens de resposta restrita que envolvam a realização de cálculos, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas no teste (no enunciado dos itens, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens. GRUPO I A água é uma substância vital para qualquer organismo vivo. Mas é também uma substância extraordinária, pois as propriedades que a caracterizam apresentam valores, em geral, muito diferentes dos que seriam de esperar. Consideremos, por exemplo, o calor de vaporização da água. Verifica-se que é relativamente elevado, o que é bom, porque, assim, a água constitui um meio eficiente de arrefecimento do nosso corpo, por evaporação, quando transpiramos. Mas quão elevado é o calor de vaporização da água? Se aquecermos uma determinada massa de água, inicialmente a 0 ºC, poderá demorar, por exemplo, 5 minutos a atingir o ponto de ebulição. Se continuarmos a fornecer energia, à mesma taxa temporal, a essa mesma massa de água, demorará cerca de 20 minutos até que toda a água se vaporize completamente. Isto significa que vaporizar uma determinada massa de água consome cerca de quatro vezes mais energia do que aquecer a mesma massa de água de 0 ºC até 100 ºC, para o que apenas(!) são necessários 420 kj por quilograma de água. L. J. F. Hermans, Europhysics News, 43 (2), 13 (2012) (traduzido e adaptado) 1. Indique, com dois algarismos significativos, o calor (ou variação de entalpia) de vaporização da água, a partir da informação dada no texto. 2. Utilizou-se uma resistência de aquecimento, com uma potência de 250 W, para aquecer uma amostra de água de massa 500 g, inicialmente a 20 ºC. Verificou-se que, ao fim de 5,0 min de aquecimento, a temperatura da amostra era 41 ºC. Determine o rendimento do processo de aquecimento da amostra de água. Utilize o valor da capacidade térmica mássica da água que pode ser determinado a partir da informação dada no texto. Apresente todas as etapas de resolução. 3. A densidade do vapor de água, à temperatura de 100 ºC e à pressão de 1 atm, é 0,590 g dm -3. Determine o volume ocupado por 3, moléculas de H 2 O, contidas numa amostra pura de vapor de água, nas condições de pressão e de temperatura referidas. Apresente todas as etapas de resolução. TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 5/ 12

6 4. Qual é a geometria da molécula de água? 5. Numa molécula de água, (A) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes. (B) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes. (C) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, dois eletrões ligantes. (D) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, dois eletrões ligantes. GRUPO II A Figura 1 (que não está à escala) ilustra uma experiência realizada numa aula de Física, na qual um carrinho é abandonado sobre uma calha inclinada, montada sobre uma mesa de tampo horizontal. O carrinho, abandonado na posição A, percorre a distância sobre a calha até à posição B, movendo-se depois, sobre o tampo da mesa, até à posição C. Considere desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que o carrinho pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). A B C y O x Figura 1 1. No percurso AB, o trabalho realizado pelo peso do carrinho é, e a variação da energia mecânica do sistema carrinho Terra é. (A) nulo positiva (B) nulo nula (C) positivo positiva (D) positivo nula 2. Explique porque é que a resultante das forças que atuam no carrinho não é nula no percurso AB. Comece por identificar as forças que atuam no carrinho nesse percurso. TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 6/ 12

7 3. Qual é o esboço do gráfico que pode representar o módulo da aceleração do carrinho, a, em função do tempo, t, decorrido desde o instante em que este inicia o movimento até ao instante em que atinge a posição C? (A) a (B) a 0 t 0 t (C) a (D) a 0 t 0 t 4. Na ausência de um anteparo, o carrinho pode cair ao chegar à posição C, situada a 80 cm do solo. Determine a componente escalar, segundo o eixo Oy, da velocidade do carrinho, v y, quando este, caindo da posição C, se encontra a 30 cm do solo. Recorra exclusivamente às equações do movimento, y (t ) e v y (t ). Apresente todas as etapas de resolução. 5. A mesa usada na experiência tem um tampo de madeira e pernas metálicas. Se colocarmos uma mão na madeira e a outra no metal, sentiremos mais frio na mão que está a tocar no metal. Isso acontece porque (A) a madeira tem uma densidade inferior à do metal. (B) a condutividade térmica do metal é superior à da madeira. (C) o metal se encontra a uma temperatura inferior à da madeira. (D) a capacidade térmica mássica do metal é superior à da madeira. TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 7/ 12

8 GRUPO III A Figura 2 ilustra uma experiência habitualmente realizada no estudo da Lei de Faraday. A figura representa um carrinho de plástico, sobre o qual se colocou uma espira metálica retangular, E. O carrinho move-se, com velocidade constante, entre as posições P e Q, atravessando uma zona do espaço, delimitada a tracejado, onde foi criado um campo magnético uniforme, B, de direção perpendicular ao plano da espira. Fora dessa zona, o campo magnético é desprezável. E B P Q Figura 2 1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar o fluxo magnético, U m, que atravessa a superfície delimitada pela espira, em função do tempo, t, à medida que o carrinho se move entre as posições P e Q? (A) U m (B) U m 0 t 0 t (C) U m (D) U m 0 t 0 t 2. Existe força eletromotriz induzida na espira quando (A) a espira está completamente fora do campo magnético, B. (B) a espira está completamente imersa no campo magnético, B. (C) o fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira é variável. (D) o fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira é constante. TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 8/ 12

9 GRUPO IV 1. Na Figura 3, está representado o perfil de um troço de uma ponte, que se admite formar um arco de circunferência num plano vertical. As posições P e Q estão situadas num mesmo plano horizontal. Sobre essa ponte, desloca-se um automóvel com velocidade de módulo constante. Considere que o automóvel pode ser representado pelo seu centro de massa. A figura não se encontra à escala. P Q Figura Em qual das figuras seguintes se encontra corretamente representada a resultante das forças, F R, que atuam sobre o automóvel? F R F R (A) F R = 0 F R = 0 (B) (C) F R F R (D) F R F R TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 9/ 12

10 1.2. Admita que, entre as posições P e Q, o automóvel percorre 300 m com velocidade de módulo 54 km h -1. Qual das seguintes expressões permite calcular o tempo, em segundos (s), que o automóvel demora a percorrer o troço entre as posições P e Q? (A) s (B) (C) (D) 2 r s r s s 1.3. Justifique a afirmação seguinte. A energia mecânica do sistema automóvel Terra é igual nas posições P e Q Admita que, sobre a ponte, se desloca também um camião de massa 12 vezes superior à massa do automóvel, com velocidade de módulo igual a metade do módulo da velocidade do automóvel. Qual das seguintes expressões relaciona corretamente a energia cinética do camião, E c,camião, com a energia cinética do automóvel, E c,automóvel, enquanto se deslocam sobre a ponte? (A) E c,camião = 3 E c,automóvel (B) E c,camião = 6 E c,automóvel (C) E c,camião = 12 E c,automóvel (D) E c,camião = 24 E c,automóvel 2. Um automóvel de massa 1, kg, inicialmente parado numa estrada horizontal, acelera durante 10 s, sendo a potência fornecida pelo motor 72 cv. Calcule o módulo da velocidade que o automóvel pode atingir 10 s depois de arrancar, se 15% da energia fornecida pelo motor, nesse intervalo de tempo, for transformada em energia cinética. Apresente todas as etapas de resolução. 1 cv = 750 W TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 10/ 12

11 GRUPO V Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos usou um osciloscópio, um gerador de sinais, um altifalante, um microfone e uma fita métrica. Os alunos colocaram o microfone e o altifalante um em frente do outro, a distâncias, d, sucessivamente maiores e mediram o tempo, t, que um sinal sonoro demorava a percorrer cada uma dessas distâncias. O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foi realizada a experiência, é 345 m s Para realizarem a experiência, os alunos ligaram (A) o microfone e o altifalante unicamente ao gerador de sinais. (B) o microfone e o altifalante unicamente ao osciloscópio. (C) o microfone ao gerador de sinais e o altifalante ao osciloscópio. (D) o microfone ao osciloscópio e o altifalante ao gerador de sinais. 2. Com os valores de distância, d, e de tempo, t, medidos experimentalmente, os alunos traçaram um gráfico no qual o inverso do declive da reta obtida foi identificado com o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar. Os alunos terão, assim, traçado um gráfico de (A) t em função de d 1. (B) t em função de d. (C) d em função de t 1. (D) d em função de t. 3. O valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, obtido pelos alunos, foi 319 m s -1. Qual é o erro relativo, em percentagem, desse valor? (A) 92% (B) 26% (C) 8,2% (D) 7,5% 4. O índice de refração do ar é 1,00. Comparando, em termos das respetivas ordens de grandeza, a velocidade de propagação da luz no ar com a velocidade de propagação do som no ar, conclui-se que a velocidade de propagação da luz é (A) 10 5 vezes superior. (B) 10 6 vezes superior. (C) 10 7 vezes superior. (D) 10 8 vezes superior. FIM TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 11/ 12

12 COTAÇÕES GRUPO I pontos pontos pontos pontos pontos 52 pontos GRUPO II pontos pontos pontos pontos pontos 48 pontos GRUPO III pontos pontos GRUPO IV pontos pontos pontos pontos pontos 16 pontos 52 pontos GRUPO V pontos pontos pontos pontos 32 pontos TOTAL pontos TI de Física e Química A 11.º Ano fev V2 Página 12/ 12