Física e Química A 11 2014 versao 2

Teste Intermédio
Física e Química A
Versão 2
Duração do Teste: 90 minutos | 12.02.2014
11.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.
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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
Constante de Avogadro
NA = 6,02 × 1023 mol-1
Constante de Stefan-Boltzmann
v = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4
Produto iónico da água (a 25 °C)
Kw = 1,00 × 10-14
Volume molar de um gás (PTN)
Vm = 22,4 dm3 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
m
•• Densidade (massa volúmica)........................................................................................... t = —
V
m – massa
V – volume
•• Efeito fotoelétrico .............................................................................................................. Erad = Erem + Ec
Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal
Erem – energia de remoção de um eletrão do metal
Ec – energia cinética do eletrão removido
n
•• Concentração de solução ................................................................................................. c = —
V
n – quantidade de soluto
V – volume de solução
•• Relação entre pH e concentração de H3O+............................................ .pH = -log {[H3O+] / mol dm-3}
•• 1.ª Lei da Termodinâmica ................................................................................................ DU = W + Q + R
DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi )
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 – 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 – e nergia transferida, sob a forma de calor, por condução,
através de uma barra, no intervalo de tempo D t
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
P = e v AT 4
E = m c DT
Q
A
–— = k –— DT
Dt
l
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→
•• 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
•• Energia cinética de translação ........................................................................................ m – massa
v – módulo da velocidade
W = Fd cosa
1
Ec = — mv 2
2
•• 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
Ep = m g h
•• Teorema da energia cinética............................................................................................ W – soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam num corpo,
num determinado intervalo de tempo
DEc – variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo
intervalo de tempo
W = DEc
•• Lei da Gravitação Universal ............................................................................................. Fg – módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m1 (m2)
na massa pontual m2 (m1)
G – constante de Gravitação Universal
r – distância entre as duas massas
•• 2.ª Lei de Newton................................................................................................................ ®
F – resultante das forças que atuam num corpo de massa m
®
a – aceleração do centro de massa do corpo
m1 m 2
Fg = G –—–—
r2
®
®
F =ma
1
•• Equações do movimento retilíneo com aceleração constante................................. x = x0 + v0 t + — at 2
2
x – valor (componente escalar) da posição
v = v0 + at
v – valor (componente escalar) da velocidade
a – valor (componente escalar) da aceleração
t – tempo
•• Equações do movimento circular com velocidade linear
v2
de módulo constante..................................................................................................... ac = —
r
ac – módulo da aceleração centrípeta
2rr
v – módulo da velocidade linear
v = ——
T
r – raio da trajetória
2r
T – período do movimento
~ = ——
T
~ – módulo da velocidade angular
v
•• Comprimento de onda .................................................................................................. m = —
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 ................................................ Um = B A cosa
a – ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície
|DUm|
•• Força eletromotriz induzida numa espira metálica ............................................... |fi| = —–—–
Dt
DUm – v ariação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada
pela espira, no intervalo de tempo Dt
•• Lei de Snell-Descartes para a refração ..................................................................... n1 sin a1 = n 2 sin a2
n1, n2 – índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente
a1, a2 – â ngulos entre a direção de propagação da onda e a normal
à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respetivamente
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Be
Li
21
[223]
[226]
88
Ra
87
137,33
Fr
132,91
56
Ba
55
87,62
Cs
85,47
[227]
232,04
231,04
91
90
Th
89
Ac
Pa
140,91
140,12
138,91
59
Pr
58
Ce
57
La
238,03
U
92
144,24
Nd
60
[266]
Sg
106
105
Db
183,84
W
74
95,94
Mo
42
52,00
Cr
24
6
180,95
Ta
73
92,91
Nb
41
50,94
V
23
5
[262]
Rf
104
178,49
Hf
72
91,22
Zr
40
47,87
Ti
22
4
Massa atómica relativa
Elemento
Número atómico
[261]
Actinídeos
89-103
Lantanídeos
57-71
88,91
Y
39
38
Sr
37
Rb
Sc
44,96
K
3
40,08
20
Ca
19
39,10
24,31
22,99
12
Mg
11
Na
9,01
4
3
6,94
2
1,01
H
1
1
[237]
Np
93
[145]
Pm
61
[264]
Bh
107
186,21
Re
75
97,91
Tc
43
54,94
Mn
25
7
[244]
Pu
94
150,36
Sm
62
[277]
Hs
108
190,23
Os
76
101,07
Ru
44
55,85
Fe
26
8
[243]
Am
95
151,96
Eu
63
[268]
Mt
109
192,22
Ir
77
102,91
Rh
45
58,93
Co
27
9
[247]
Cm
96
157,25
Gd
64
[271]
Ds
110
195,08
Pt
78
106,42
Pd
46
58,69
Ni
28
10
[247]
Bk
97
158,92
Tb
65
[272]
Rg
111
196,97
Au
79
107,87
Ag
47
63,55
Cu
29
11
TABELA PERIÓDICA
[251]
Cf
98
162,50
Dy
66
200,59
Hg
80
112,41
Cd
48
65,41
Zn
30
12
[252]
Es
99
164,93
Ho
67
204,38
T
81
114,82
49
In
69,72
Ga
31
26,98
A
13
10,81
B
5
13
[257]
Fm
100
167,26
Er
68
207,21
Pb
82
118,71
Sn
50
72,64
Ge
32
28,09
Si
14
12,01
C
6
14
[258]
Md
101
168,93
Tm
69
208,98
Bi
83
121,76
Sb
51
74,92
As
33
30,97
P
15
14,01
N
7
15
[259]
No
102
173,04
Yb
70
[208,98]
Po
84
127,60
Te
52
78,96
Se
34
32,07
S
16
16,00
O
8
16
Lr
[262]
103
174,98
Lu
71
[209,99]
At
85
126,90
I
53
79,90
Br
35
35,45
C
17
19,00
F
9
17
[222,02]
Rn
86
131,29
Xe
54
83,80
Kr
36
39,95
Ar
18
20,18
Ne
10
4,00
He
2
18
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 3,01 × 1024 moléculas de H2O, contidas numa amostra pura de vapor de
água, nas condições de pressão e de temperatura referidas.
Apresente todas as etapas de resolução.
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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.
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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
(C) a
0
t
0
t
(D) a
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, vy, quando este, caindo
da posição C, se encontra a 30 cm do solo.
Recorra exclusivamente às equações do movimento, y ( t ) e vy (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.
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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.
+ + + +
→
B
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
+ + + +
E
P
Q
Figura 2
1.  Qual é o esboço do gráfico que pode representar o fluxo magnético, Um , 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)
0
(C)
(B)
Um
0
t
(D)
Um
0
Um
t
Um
0
t
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.
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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 3
→
1.1.  Em qual das figuras seguintes se encontra corretamente representada a resultante das forças, FR , que
atuam sobre o automóvel?
→
FR
→
FR
(A)
→
→
→
FR = 0
→
FR = 0
(B)
→
(C)
FR
→
FR
→
(D)
FR
→
FR
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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)  54 000
300 × 3600
s
(B) 2 r × 300 × 3600 s
54 000
(C) 300 × 3600 s
54 000
54 000
s
2 r × 300 × 3600
(D) 
1.3.  Justifique a afirmação seguinte.
A energia mecânica do sistema automóvel + Terra é igual nas posições P e Q.
1.4.  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, Ec,camião , com
a energia cinética do automóvel, Ec,automóvel, enquanto se deslocam sobre a ponte?
(A) Ec,camião = 3 Ec,automóvel
(B) Ec,camião = 6 Ec,automóvel
(C) Ec,camião = 12 Ec,automóvel
(D) Ec,camião = 24 Ec,automóvel
2.  Um automóvel de massa 1,0 × 103 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
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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-1.
1.  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 1 .
d
(B) t em função de d.
(C) d em função de 1 .
t
(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) 105 vezes superior.
(B) 106 vezes superior.
(C) 107 vezes superior.
(D) 108 vezes superior.
FIM
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COTAÇÕES
GRUPO I
1.............................................................................................................
8 pontos
2............................................................................................................. 16 pontos
3............................................................................................................. 12 pontos
4.............................................................................................................
8 pontos
5.............................................................................................................
8 pontos
52 pontos
GRUPO II
1.............................................................................................................
8 pontos
2............................................................................................................. 12 pontos
3.............................................................................................................
8 pontos
4............................................................................................................. 12 pontos
5.............................................................................................................
8 pontos
48 pontos
GRUPO III
1.............................................................................................................
2.............................................................................................................
8 pontos
8 pontos
16 pontos
GRUPO IV
1.
1.1. ...................................................................................................
8 pontos
1.2. ...................................................................................................
8 pontos
1.3. ................................................................................................... 16 pontos
1.4. ...................................................................................................
8 pontos
2............................................................................................................. 12 pontos
52 pontos
GRUPO V
1.............................................................................................................
2.............................................................................................................
3.............................................................................................................
4.............................................................................................................
8 pontos
8 pontos
8 pontos
8 pontos
32 pontos
TOTAL ......................................... 200 pontos
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