Matura z fizyki na poziomie rozszerzonym 2024 

23 maja 2024 roku o godzinie 9:00 maturzyści z całego kraju przystąpili do jednego z najtrudniejszych egzaminów – matury z fizyki na poziomie rozszerzonym. W czasie 180 minut uczniowie musieli zmierzyć się z zestawem zadań, który sprawdzał nie tylko ich umiejętności matematyczno-fizyczne, ale przede wszystkim zdolność analitycznego myślenia. Maksymalna liczba punktów do zdobycia wynosiła 60. 

Co zawierał arkusz? 

Arkusz egzaminacyjny składał się z 11 rozbudowanych bloków zadań, podzielonych na mniejsze podpunkty. Konstrukcja testu wymagała także od zdających posługiwania się dołączoną kartą wzorów, kalkulatorem naukowym oraz linijką.  

Arkusz obejmował takie działy, jak: 

• Mechanika płynów i dynamika (zadanie 1.): W zadaniu podano model fizyczny kropli deszczu spadającej pionowo w dół i przedstawiono wzór na siłę oporu powietrza, która zależy od gęstości, pola powierzchni kropli oraz kwadratu jej prędkości. Maturzysta miał za zadanie wskazać, jak zmienia się przyśpieszenie kropli w czasie i narysować wektor sił działających na krople w dwóch różnych momentach, dbając o zachowanie skali. Trzeba było także wyprowadzić wzór końcowy na prędkość graniczną kropli, używając symboli podanych w tekście. 

• Bryła sztywna (zadanie 2.): Opisano sytuację, w której do osi symetrii poziomego walca przyczepiono sznurek i pociągnięto go ze stałą siłą. Walec zaczął toczyć się po poziomej powierzchni bez poślizgu. Zdający musiał ocenić prawdziwość zdań dotyczących energii kinetycznej tego walca oraz roli siły tarcia w tym procesie. Należało także zapisać pełne równania dynamiczne i na ich podstawie obliczyć konkretną wartość przyspieszenia, z jakim poruszał się środek masy tego walca. 

• Drgania mechaniczne (zadanie 3.): W teście zaprezentowano wykres, pokazujący jak zmienia się prędkość ciężarka zawieszonego na sprężynie w zależności od czasu. Maturzysta musiał odczytać z wykresu okres drgań, obliczyć amplitudę oraz wyznaczyć masę ciężarka, mając podany współczynnik sprężystości sprężyny.  

• Fale i akustyka (zadanie 4.): W poleceniu opisano sytuację, w której drogą przemieszcza się karetka na sygnale ze stałą prędkością. Przed pojazdem stoi obserwator A, a za nim obserwator B. Podano również częstotliwość dźwięku syreny oraz prędkość dźwięku w powietrzu. Uczniowie mieli za zadanie wykorzystać wzory na efekt Dopplera i zapisać, jakie wysokości dźwięku słyszą obaj obserwatorzy oraz obliczyć, z jaką prędkością musiał poruszać się ambulans, aby różnica w długościach fal odbieranych przez obu uczestników wydarzenia wynosiła dokładnie tyle, ile podano w treści zadania. 

• Grawitacja i astronomia (zadanie 5.): W zadaniu podano dane astronomiczne dotyczące mas Ziemi i Księżyca oraz średniej odległości między ich środkami. Należało obliczyć, w jakiej odległości od środka Ziemi znajduje się środek masy całego układu i wyznaczyć na linii łączącej oba ciała punkt, w którym siły przyciągania grawitacyjnego Ziemi i Księżyca dokładnie się równoważą. 

• Elektrostatyka (zadanie 6.): W arkuszu pokazano rysunek kwadratu. W trzech jego narożnikach umieszczono nieruchomo ładunki elektryczne. Maturzysta musiał narysować w geometrycznym środku tego kwadratu składowe wektory natężenia pola elektrycznego, wyznaczyć wektor wypadkowy i obliczyć jego całkowitą wartość za pomocą podanych symboli matematycznych. 

• Prąd elektryczny (zadanie 7.): W zadaniu znajdował się schemat obwodu elektrycznego, w którym źródło napięcia zasilało cztery oporniki połączone w sposób mieszany. W pewnym momencie jeden z oporników uległ przypaleniu. Maturzysta miał za zadanie przeanalizować układ przed awarią i po niej oraz obliczyć, jak zmienił się opór zastępczy całego obwodu, jak wpłynęło to na natężenie prądy płynącego ze źródła oraz wyznaczyć nową wartość napięcia na jednym z pozostałych, sprawnych oporników.  

• Termodynamika (zadanie 8.): Zamieszczono wykres termodynamiczny w układzie ciśnienia i objętości. Pokazywał on zamknięty cykl pracy silnika, składający się z trzech różnych przemian gazowych. Zamieszczone zadania polegały na rozpoznaniu przez maturzystę przemian na każdym etapie cyklu i określeniu, w których momentach gaz pobierał ciepło, a w których je oddawał.  

• Optyka geometryczna (zadanie 9.): W zadaniu widniał schemat geometryczny soczewek. Maturzysta musiał wykorzystać linijkę, aby poprawnie dokończyć rysunek i wrysować bieg promieni światła przechodzących przez obie soczewki. Poza tym należało wyznaczyć geometryczną pozycję, w której należy postawić drugą soczewkę i obliczyć ostateczną szerokość wiązki wyjściowej.  

• Szczególna teoria względności (zadanie 10.): Opisano sytuację z fizyki relatywistycznej. Elektron został przyspieszony w polu elektrycznym do ogromnej prędkości. Należało obliczyć czynnik Lorentza, który mówi o tym, jak bardzo wzrasta masa i energia poruszającego się ciała w porównaniu z jego stanem spoczynku i wyznaczyć wartość napięcia elektrycznego.  

• Fizyka jądrowa (zadanie 11.): W zadaniu została podana informacja o izotopie fluoru. Który ulega przemianie promieniotwórczej typu beta plus i jest używany w szpitalach do badań PET. Dołączono wykres pokazujący, jak z upływem minut spada liczba atomów tego izotopu w próbce. Maturzysta musiał zapisać pełne równanie reakcji jądrowej tej przemiany, ustalić jaki nowy pierwiastek powstaje w tym procesie i wyznaczyć uwalnianą energię, korzystając z wzoru Einsteina.  

Co sprawiło uczniom problem?  

Z wypowiedzi zdających wynika, że najtrudniejszymi zadaniami dla maturzystów, było: 

• Rysowanie wektorów i zachowanie skali.  

• Optyka konstrukcyjna. 

• Fizyka relatywistyczna.  

Opinie o arkuszu 

Zdania uczniów są podzielone, jednakże większa część maturzystów uważa, że arkusz był wymagający. Zwracano uwagę na dużą presję czasu – na analizę 11 rozbudowanych zadań, 180 minut dla niektórych okazało się niewystarczające. Mimo to uczniowie liczą na wysoki wynik, bo fizyka na poziomie rozszerzonym jest jednym z kluczowych przedmiotów rekrutacyjnych na najlepsze uczelnie techniczne w Polsce. Wysoki wynik otwiera drzwi na takie kierunki, jak: informatyka i nowe technologie, automatyka, robotyka, mechatronika, radioterapia, inżynieria lotnicza czy kosmiczna.