{"id":"fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona/zad/12.1","paper_id":"fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona","number":"12.1","points":2,"ptype":"true_false","subject":"fizyka","category":"matura","year":2019,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 12.1. (0-2)\nOceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F - jeśli\njest fałszywe.\n1. Suma mas wszystkich produktów rozszczepienia jądra 235U jest większa od\nsumy mas jądra 235U i neutronu inicjującego reakcję rozszczepienia.\nP\nF\n2. Intensywne rozgrzewanie się opisanego złoża uranu jest spowodowane\nrozszczepieniem jąder atomowych.\nP\nF\n3. W reaktorze jądrowym moderator służy do spowalniania neutronów\npowodujących dalsze rozszczepienia.\nP\nF\n4. Gdy w opisanym złożu uranu woda wyparowywała, to liczba jąder uranu,\nktóre ulegały rozszczepieniu w jednostce czasu, znacząco malała.\nP\nF","answer":"E","answer_text":"Zadanie 12.1. (0-2)\nWymagania ogólne\nWymagania szczegółowe\nII. Analiza tekstów\npopularnonaukowych i ocena ich treści.\nI. Znajomość i umiejętność\nwykorzystania pojęć i praw fizyki\ndo wyjaśniania procesów i zjawisk\nw przyrodzie.\nZdający:\n3.2) (P) posługuje się pojęciami: energii\nspoczynkowej […];\n3.5) (P) opisuje reakcje jądrowe, stosując […]\nzasadę zachowania energii;\n3.10) (P) opisuje działanie elektrowni atomowej;\n12.8) przedstawia […] tezy poznanego artykułu\npopularnonaukowego z dziedziny fizyki.\nSchemat punktowania\n2 p. - poprawne zaznaczenie wszystkich odpowiedzi.\n1 p. - poprawne zaznaczenia w dwóch lub trzech zdaniach.\n0 p. - brak spełnienia powyższych kryteriów.\nPoprawna odpowiedź\n1. F\n2. P\n3. P\n4. P","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n| Nr | Ocena |\n| 1 | **F** |\n| 2 | **P** |\n| 3 | **P** |\n| 4 | **P** |\n\n## Sposób 1 - Analiza fizykalna każdego zdania krok po kroku\n\n### Zdanie 1 - FAŁSZ\n\nReakcja rozszczepienia to przykład reakcji jądrowej, w której **masa układu maleje** - ubytek masy zostaje zamieniony na energię zgodnie z:\n\n\\[E = \\Delta m \\cdot c^2\\]\n\nPełny bilans rozszczepienia (przykładowa reakcja):\n\n\\[^{235}_{92}\\text{U} + ^1_0\\text{n} \\;\\longrightarrow\\; ^{144}_{56}\\text{Ba} + ^{89}_{36}\\text{Kr} + 3\\,^1_0\\text{n} + \\text{energia}\\]\n\nSuma mas **produktów** < suma mas **substratów** \\((m_{^{235}\\text{U}} + m_n)\\)\n\nRóżnica mas (defekt masy \\(\\Delta m > 0\\)) jest źródłem ogromnej energii (~200 MeV na jedno rozszczepienie). Zdanie twierdzi odwrotnie - **FAŁSZ**.\n\n### Zdanie 2 - PRAWDA\n\nEnergia kinetyczna fragmentów rozszczepienia (ok. 165 MeV na 200 MeV całkowitej energii) jest zamieniana na ciepło w zderzeniach z atomami sieci. To bezpośrednia przyczyna rozgrzewania złoża. Tekst potwierdza: *„ciepło generowane w rozszczepieniach powodowało, że woda wyparowywała\"* - **PRAWDA**.\n\n### Zdanie 3 - PRAWDA\n\nTekst definiuje moderator wprost: *„substancja, która spowalnia neutrony powstałe w wyniku rozszczepienia na tyle, by mogły rozszczepić kolejne jądra uranu\"*. Neutrony z rozszczepienia mają energię ~1-2 MeV (neutrony szybkie). Przekrój czynny na rozszczepienie \\(^{235}\\)U jest kilkaset razy większy dla neutronów termicznych (~0,025 eV). Woda spowalnia neutrony przez zderzenia sprężyste z protonami - **PRAWDA**.\n\n### Zdanie 4 - PRAWDA\n\nWoda = moderator. Gdy woda wyparowuje:\n- Neutrony szybkie nie są spowalniane do energii termicznych\n- Przekrój czynny na rozszczepienie drastycznie maleje\n- Reakcja łańcuchowa **zwalnia lub ustaje** (jak podaje tekst)\n\nLiczba rozszczepeń na jednostkę czasu **znacząco maleje** - **PRAWDA**.\n\n## Sposób 2 - Eliminacja przez kluczowe fizyczne zasady\n\n**Zasada zachowania energii i defekt masy:**\n\nKażda reakcja jądrowa wydzielająca energię wiąże się z **ubytkiem masy**. Zdanie 1 przeczy tej zasadzie - natychmiast eliminujemy je jako FAŁSZ.\n\n**Test spójności ze stanem równowagi reaktora (zdania 3 i 4):**\n\nSchemat działania reaktora w Oklo:\n\nWoda obecna → neutrony spowolnione → dużo rozszczepeń → ciepło → woda paruje\n↑ ↓\nWoda wraca ← złoże stygnie ← mało rozszczepeń ← neutrony szybkie ← brak moderatora\n\nZdanie 3 opisuje **mechanizm moderatora** - spójne z tekstem ✔\nZdanie 4 opisuje **skutek braku moderatora** - spójne ze schematem ✔\nZdanie 2 - ciepło pochodzi z rozszczepeń jądrowych - fundament fizyki jądrowej ✔\n\n## Sposób 3 - Weryfikacja przez rachunek jednostek / rząd wielkości (zdanie 1)\n\nEnergetyka typowego rozszczepienia \\(^{235}\\)U:\n\n\\[Q \\approx 200 \\text{ MeV} = 200 \\times 1{,}6 \\times 10^{-13} \\text{ J} \\approx 3{,}2 \\times 10^{-11} \\text{ J}\\]\n\nOdpowiadający defekt masy:\n\n\\[\\Delta m = \\frac{Q}{c^2} = \\frac{3{,}2 \\times 10^{-11}}{(3 \\times 10^8)^2} \\approx 3{,}6 \\times 10^{-28} \\text{ kg}\\]\n\nMasa nukleonu \\(\\approx 1{,}67 \\times 10^{-27}\\) kg - defekt masy stanowi ok. **0,09% masy substratu**, ale jest niezerowy i **ujemny** po stronie produktów. Produkty mają **mniejszą** sumę mas. Zdanie 1 podaje kierunek odwrotny - **F**.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> 📋 **Schemat punktowania CKE (zadanie 12.1, 0-2 pkt):**\n> - **2 pkt** - poprawne zaznaczenie wszystkich odpowiedzi.\n> - **1 pkt** - poprawne zaznaczenia w dwóch lub trzech zdaniach.\n> - **0 pkt** - brak spełnienia powyższych kryteriów.\n>\n> **Poprawna odpowiedź CKE: 1. F, 2. P, 3. P, 4. P**\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\n> 📖 **Karta wzorów CKE - sekcja FIZYKA, dział: Fizyka jądrowa**\n>\n> Reakcja jądrowa: zasada zachowania liczby masowej i liczby atomowej.\n> Defekt masy i energia wiązania: \\(\\Delta E = \\Delta m \\cdot c^2\\)\n>\n> Zdanie 1 wymaga wprost tej zależności: skoro reakcja **wydziela** energię (\\(Q > 0\\)), to \\(\\Delta m > 0\\) - masa substratów jest **większa** od masy produktów.\n\n## Dlaczego błędne odpowiedzi są błędne\n\n| Zdanie | Błędna odpowiedź | Typowy błąd prowadzący do pomyłki |\n| 1 | **P** (zamiast F) | Uczeń myli: *„skoro powstaje dużo produktów, to ich masa łącznie jest większa\"* - zapomina, że energia kinetyczna pochodzi kosztem ubytku masy |\n| 2 | **F** (zamiast P) | Uczeń sądzi, że ciepło pochodzi z tarcia lub reakcji chemicznych uranu, a nie z jądrowych |\n| 3 | **F** (zamiast P) | Uczeń myli moderator z pochłaniaczem neutronów (prętami kontrolnymi); moderator *zwalnia*, nie *pochłania* |\n| 4 | **F** (zamiast P) | Uczeń rozumuje: *„mniej wody = mniej chłodzenia = wyższe T = więcej rozszczepeń\"* - błąd pominięcia roli wody jako moderatora, nie tylko czynnika chłodzącego |\n\n## Typowe pułapki i uwaga\n\n> ⚠️ **Uwaga (zdanie 1):** Intuicja *„więcej kawałków = więcej masy\"* jest błędna w fizyce jądrowej. Masa MALEJE, a ubytek staje się energią. To odróżnia reakcje jądrowe od chemicznych (gdzie masa praktycznie się nie zmienia).\n\n> ⚠️ **Uwaga (zdanie 3 vs. pręty kontrolne):** Moderator ≠ pręty kontrolne. Moderator (woda, grafit, ciężka woda) **zwalnia** neutrony. Pręty kontrolne (bor, kadm) **pochłaniają** neutrony. Mylenie tych funkcji to klasyczny błąd na maturze.\n\n> ⚠️ **Uwaga (zdanie 4):** Woda w reaktorze pełni **dwie role jednocześnie**: moderatora i czynnika chłodzącego. Pytanie dotyczy roli moderatora - gdy jej zabraknie, spada liczba rozszczepeń, nie rośnie (nawet jeśli temperatura wzrosła).","image":"img/fizyka-2019-maj-matura-rozszerzona/zad-12.1.webp","solution_image":null,"topics":"Fizyka współczesna","page_from":19,"source":"ocr","answer_source":"maturazai","answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Fizyka · Matura · maj 2019 (rozszerzona)","subject_label":"Fizyka","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 12.1. (0-2)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F - jeśli
jest fałszywe.

\n
  1. Suma mas wszystkich produktów rozszczepienia jądra 235U jest większa od
\n

sumy mas jądra 235U i neutronu inicjującego reakcję rozszczepienia.
P
F

\n
  1. Intensywne rozgrzewanie się opisanego złoża uranu jest spowodowane
\n

rozszczepieniem jąder atomowych.
P
F

\n
  1. W reaktorze jądrowym moderator służy do spowalniania neutronów
\n

powodujących dalsze rozszczepienia.
P
F

\n
  1. Gdy w opisanym złożu uranu woda wyparowywała, to liczba jąder uranu,
\n

które ulegały rozszczepieniu w jednostce czasu, znacząco malała.
P
F

","answer_text_html":"

Zadanie 12.1. (0-2)
Wymagania ogólne
Wymagania szczegółowe
II. Analiza tekstów
popularnonaukowych i ocena ich treści.
I. Znajomość i umiejętność
wykorzystania pojęć i praw fizyki
do wyjaśniania procesów i zjawisk
w przyrodzie.
Zdający:
3.2) (P) posługuje się pojęciami: energii
spoczynkowej […];
3.5) (P) opisuje reakcje jądrowe, stosując […]
zasadę zachowania energii;
3.10) (P) opisuje działanie elektrowni atomowej;
12.8) przedstawia […] tezy poznanego artykułu
popularnonaukowego z dziedziny fizyki.
Schemat punktowania
2 p. - poprawne zaznaczenie wszystkich odpowiedzi.
1 p. - poprawne zaznaczenia w dwóch lub trzech zdaniach.
0 p. - brak spełnienia powyższych kryteriów.
Poprawna odpowiedź

\n
  1. F
  2. P
  3. P
  4. P
","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

| Nr | Ocena |
| 1 | F |
| 2 | P |
| 3 | P |
| 4 | P |

\n

Sposób 1 - Analiza fizykalna każdego zdania krok po kroku

\n
Zdanie 1 - FAŁSZ
\n

Reakcja rozszczepienia to przykład reakcji jądrowej, w której masa układu maleje - ubytek masy zostaje zamieniony na energię zgodnie z:

\n
E=Δm·c2
\n

Pełny bilans rozszczepienia (przykładowa reakcja):

\n
92235U+01n⟶56144Ba+3689Kr+301n+energia
\n

Suma mas produktów < suma mas substratów (m235U+mn)

\n

Różnica mas (defekt masy Δm>0) jest źródłem ogromnej energii (~200 MeV na jedno rozszczepienie). Zdanie twierdzi odwrotnie - FAŁSZ.

\n
Zdanie 2 - PRAWDA
\n

Energia kinetyczna fragmentów rozszczepienia (ok. 165 MeV na 200 MeV całkowitej energii) jest zamieniana na ciepło w zderzeniach z atomami sieci. To bezpośrednia przyczyna rozgrzewania złoża. Tekst potwierdza: „ciepło generowane w rozszczepieniach powodowało, że woda wyparowywała" - PRAWDA.

\n
Zdanie 3 - PRAWDA
\n

Tekst definiuje moderator wprost: „substancja, która spowalnia neutrony powstałe w wyniku rozszczepienia na tyle, by mogły rozszczepić kolejne jądra uranu". Neutrony z rozszczepienia mają energię ~1-2 MeV (neutrony szybkie). Przekrój czynny na rozszczepienie 235U jest kilkaset razy większy dla neutronów termicznych (~0,025 eV). Woda spowalnia neutrony przez zderzenia sprężyste z protonami - PRAWDA.

\n
Zdanie 4 - PRAWDA
\n

Woda = moderator. Gdy woda wyparowuje:

\n\n

Liczba rozszczepeń na jednostkę czasu znacząco maleje - PRAWDA.

\n

Sposób 2 - Eliminacja przez kluczowe fizyczne zasady

\n

Zasada zachowania energii i defekt masy:

\n

Każda reakcja jądrowa wydzielająca energię wiąże się z ubytkiem masy. Zdanie 1 przeczy tej zasadzie - natychmiast eliminujemy je jako FAŁSZ.

\n

Test spójności ze stanem równowagi reaktora (zdania 3 i 4):

\n

Schemat działania reaktora w Oklo:

\n

Woda obecna → neutrony spowolnione → dużo rozszczepeń → ciepło → woda paruje
↑ ↓
Woda wraca ← złoże stygnie ← mało rozszczepeń ← neutrony szybkie ← brak moderatora

\n

Zdanie 3 opisuje mechanizm moderatora - spójne z tekstem ✔
Zdanie 4 opisuje skutek braku moderatora - spójne ze schematem ✔
Zdanie 2 - ciepło pochodzi z rozszczepeń jądrowych - fundament fizyki jądrowej ✔

\n

Sposób 3 - Weryfikacja przez rachunek jednostek / rząd wielkości (zdanie 1)

\n

Energetyka typowego rozszczepienia 235U:

\n
Q≈200 MeV=200×1,6×10−13 J≈3,2×10−11 J
\n

Odpowiadający defekt masy:

\n
Δm=Qc2=3,2×10−11(3×108)2≈3,6×10−28 kg
\n

Masa nukleonu ≈1,67×10−27 kg - defekt masy stanowi ok. 0,09% masy substratu, ale jest niezerowy i ujemny po stronie produktów. Produkty mają mniejszą sumę mas. Zdanie 1 podaje kierunek odwrotny - F.

\n

Schemat oceniania CKE

\n
📋 Schemat punktowania CKE (zadanie 12.1, 0-2 pkt):
- 2 pkt - poprawne zaznaczenie wszystkich odpowiedzi.
- 1 pkt - poprawne zaznaczenia w dwóch lub trzech zdaniach.
- 0 pkt - brak spełnienia powyższych kryteriów.

Poprawna odpowiedź CKE: 1. F, 2. P, 3. P, 4. P
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n
📖 Karta wzorów CKE - sekcja FIZYKA, dział: Fizyka jądrowa

Reakcja jądrowa: zasada zachowania liczby masowej i liczby atomowej.
Defekt masy i energia wiązania: ΔE=Δm·c2

Zdanie 1 wymaga wprost tej zależności: skoro reakcja wydziela energię (Q>0), to Δm>0 - masa substratów jest większa od masy produktów.
\n

Dlaczego błędne odpowiedzi są błędne

\n

| Zdanie | Błędna odpowiedź | Typowy błąd prowadzący do pomyłki |
| 1 | P (zamiast F) | Uczeń myli: „skoro powstaje dużo produktów, to ich masa łącznie jest większa" - zapomina, że energia kinetyczna pochodzi kosztem ubytku masy |
| 2 | F (zamiast P) | Uczeń sądzi, że ciepło pochodzi z tarcia lub reakcji chemicznych uranu, a nie z jądrowych |
| 3 | F (zamiast P) | Uczeń myli moderator z pochłaniaczem neutronów (prętami kontrolnymi); moderator zwalnia, nie pochłania |
| 4 | F (zamiast P) | Uczeń rozumuje: „mniej wody = mniej chłodzenia = wyższe T = więcej rozszczepeń" - błąd pominięcia roli wody jako moderatora, nie tylko czynnika chłodzącego |

\n

Typowe pułapki i uwaga

\n
⚠️ Uwaga (zdanie 1): Intuicja „więcej kawałków = więcej masy" jest błędna w fizyce jądrowej. Masa MALEJE, a ubytek staje się energią. To odróżnia reakcje jądrowe od chemicznych (gdzie masa praktycznie się nie zmienia).
\n
⚠️ Uwaga (zdanie 3 vs. pręty kontrolne): Moderator ≠ pręty kontrolne. Moderator (woda, grafit, ciężka woda) zwalnia neutrony. Pręty kontrolne (bor, kadm) pochłaniają neutrony. Mylenie tych funkcji to klasyczny błąd na maturze.
\n
⚠️ Uwaga (zdanie 4): Woda w reaktorze pełni dwie role jednocześnie: moderatora i czynnika chłodzącego. Pytanie dotyczy roli moderatora - gdy jej zabraknie, spada liczba rozszczepeń, nie rośnie (nawet jeśli temperatura wzrosła).
"},{"source":"zadaniazmatur","label":"zadaniazmatur.pl","kind":"text","html":"
  1. F, 2. P, 3. P, 4. P
"}]}