Planering oktober KYI10

Må 25/10 kl. 13-16 Sal F5: Avsnitten 1, 2 och 3 i kompendiet. Bestämning av luftens densitet. Diagram i Excel.

Ti 26/10 kl. 12-14 Sal F7: Lab 3:1 Medtag dator

Ti 27/10 kl. 10-12 Sal F7: Lab 3:1 Medtag dator

Fr 29/10 kl. kl. 8.30-12 Sal F5: Avsnitten 4, 5 och 6 i kompendiet. Sammansättning av krafter, Friktion.

Förslag till svar

Följande svar på tentamensuppgifterna är förhoppningsvis någorlunda korrekta:
1. 750 mmHg 3560 kg/m3 310 K
2. n=146, p=92
3. 3,33 m
4. 2500 Hz 21 V
5. 1,3 kg
6. 7 V
7. Det sker 54 sönderfall per sekund (värre var det inte!)
8. 5 mm
9. kväve-14
10. 651 nm
11. 2400 år (2378)
12. a) se boken ! b) brytning
13. Olyckligtvis missade jag att ange kastrullens massa. Med massan 1 kg tar det c:a 9,5 min (Jag får väl försöka poängbedöma uppgiften på något kreativt sätt!)
14. 421 N
15. 0,1 grad
16. 15 mA
17. 2000 grader C
18. 15 cm under förutsättning att arean är 500 kvadratkilometer!
19. 4,68 MeV

Resultatet med kursbetyg kommer inom några dagar.
Trevlig helg!
arne

Atomfysik, onsdag 13 maj

Med atomfysik brukar man främst avse elektronhöljets fysik. Det betyder att vi betraktar kärnan som en ytterst liten positivt laddad partikel i atomens centrum.
Elektronerna kretsar runt i olika energinivåer (skal, "banor", orbitaler etc.). I varje nivå ryms endast ett visst antal elektroner.
Normalt fylls de innersta nivåerna först. Det betyder 2 elektroner i innersta nivån (K-skalet) etc. som ni känner till från kemin.
Om en atom tillförs energi kan olika saker inträffa.
1) Är energin mycket stor (> c:a 10 eV, olika för olika atomer) kan atomen joniseras, dvs en elektron avlägsnas helt från atomen.
2) Är energin mindre kan en elektron lyftas upp till en högre nivå (för väte exempelvis från nivå 1 till nivå 5). När elektronen befinner sig i denna högre nivå säges atomen vara exciterad. En exciterad atom återgår ganska omgående till ett lägre energitillstånd genom att elektronen "trillar ner" en eller flera nivåer (för väte exempelvis från nivå 5 till nivå 2 och sedan vidare till nivå 1 /grundtillståndet/)
Den energi som frigörs när elektronen "trillar ner" sänds ut från atomen i form av en foton (En foton kan kanske liknas vid ett litet "energipaket" som inte har någon massa och inte kan göra annat än röra sig med "ljusets hastighet" och därmed transportera den energi atomen förlorat.)
Om nivå 5 i väteatomen har energin E(5) och nivå 2 energin E(2) blir fotonens energi
E(foton) = E(5) - E(2).
Denna energi är direkt kopplad till den ljusfrekvens fotonen representerar genom sambandet
E(foton) = h*f, där h är Plancks konstant.
Det går naturligtvis att koppla fotonenergin till ljusvåglängden istället.
Jämför hur jag representerade våglängd, frekvens och fotonenergi för elektromagnetisk strålning med tre tallinjer!
När ni har förstått att elektromagnetisk strålning är en sorts vågor som transporterar energi med hjälp av fotoner har ni kommit en bra bit på vägen!
Våglängden (eller frekvensen eller fotonenergin) avgör vilken sorts elektromagnetisk strålning det rör sig om (radio, IR, "ljus", röntgen etc.)
Förvissa dig om att du t.ex. kan räkna ut frekvens och fotonenergi när du vet våglängden!

När exempelvis ljus passerar genom "mycket smala springor" (vanligen ritsorna i ett gitter) inträffar ljusförstärkning (genom interferens) i vissa riktningar. Vet man avståndet mellan ritsorna (den s.k. gitterkonstanten) och mäter vinkeln till de olika ljusförstärkningarna kan ljusvåglängden beräknas med den s.k. gitterekvationen. Jämför experimentet på lektionen. Då kände vi istället ljusvåglängden (från lasern) och beräknade gitterkonstanten!
Det blir alla gånger ett tentaproblem på det temat :-)

Onsdag 13 maj

Hoppas du tänkt igenom fredagens aktiviteter.
Observera att figuren till ex 32:3 i papprena ni fick ut råkade bli fel. Å andra sidan löste vi det exemplet utförligt på tavlan, så du har korrekt figur vid den lösningen.
Här får du en liten sammanfattning av huvudpunkterna i stråloptiken (Vi hinner inte behandla dessa fenomen vid flera tillfällen, så det är bara att försöka plugga!):

• Vad menas med divergenta, konvergenta resp. parallella ljusstrålar?
  
• Hur sker reflexion av ljusstråler?
  
• Hur mäts infallsvinkel resp. brytningsvinkel och reflexionsvinkel?
  
• När ljus passerar från ett medium till ett annat uppkommer normalt brytning. Brytningens storlek beror på ämnenas brytningsindex. Kontrollera att du förstått hur brytningslagen fungerar!
  
• Linser kan användas för att avbilda föremål. Det fungerar så att linsen skapar en bild av ett föremål. Bilden kan vara reell (visas på skärm), virtuell (ses genom linsen), rättvänd eller uppochnedvänd, förstorad eller förminskad. Genoim att utföra bildkonstruktion får du tydligt klart för diug hur strålarna går genom linsen. Det finns utförligt beskrivet i papprena ni fick hur man gör.
  
• Bildens läge och egenskaper kan även räknas fram med linsformeln.
  
• Linsers styrka ges ofta i dioptrier. Vilket samband gäller mellan dioptritalet och brännvidden?

Glöm inte att förbereda onsdagslektionen genom att studera avsn itten 31 och 32 i kompendiet!

Översiktlig planering, skolperiod 3a

Lektionerna under denna period ägnar vi huvudsakligen åt "modern fysik", d.v.s. atom- och kärnfysik. Vi fokuserar på förståelse av den elektromagnetiska strålningen (som vi introducerade förra perioden) samt spektra och kärnreaktioner (särskilt "radon" och "cesium").
De sista lektionstillfällena kommer vi att ägna åt en bred repetition av hela fysikkursen (så att ni ska vara väl förberedda inför tentamen).
Men tiden är knapp, så viktigast av allt är att hänga med stenhårt från början :-)

De tre fredagspassen inleder vi med teorigenomgång och demonstrationer i F5 och avslutar med laboration i F7.

Översiktligt ser programmet ut som följer:

Fred 8 maj 8.25 - 11.50 F5/F7
Optik. Vad är ljus? Hur gör ljus? Fysikalikalisk optik/stråloptik. Repetition av vågor, elektromagnetisk strålning, Stefan-Boltzmanns strålningslag och Wiens förskjutningslag.
Repetera noga avsnitt 27, 28, 30 i kompendiet.
Laboration: Stråloptik

Onsdag 13 maj 8.25 - 11.50 F5
Spektra och gitterekvationen.
Rutherfords atommodell Bohrs atommodell.
Fotonens energi.
Förbered genom att studera avsnitten 31-32 i kompendiet.

Fred 29 maj 8.25 - 11.50 F5/F7
Introduktion till kärnfysiken, Alfa-, beta- och gammastrålning.
Förbered genom att studera avsnitten 34 i kompendiet.
Laboration: Absorption av gammastrålning i bly.

Onsdag 3 juni 8.25 - 11.50 F5
Kärnreaktioner.
Förbered genom att studera avsnitten 35 i kompendiet.

Fred 5 juni 8.25 - 11.50 F5/F7
Tillämpningar av atom- och kärnfysik.
Förbered genom att studera avsnitten 33 i kompendiet.
Laboration: Gammaspektroskopi.

Onsdag 10 juni 8.25 - 11.50 F5
Sammanfattning av fysikkursen.
Förbered genom att repetera hela kompendiet :-)

Onsdag 17 juni 8.25 - 11.50 F5
Repetition

Onsdag 24 juni 8.25 - 11.50 F5
Repetition

Fredag 26 juni 9.00 - 12.00
Tentamen

Testresultat

Ni som skrivit pseudonymer har fått följande resultat:

AJ 4 poäng > 0 bonus
Bob 7 poäng > 1 bonus
Heaton 8 poäng > 1 bonus
Draken 8 poäng > 1 bonus
Olle 3 poäng > 0 bonus
Badbollar 3 poäng > 0 bonus
Jake the housersnake 2 poäng > 0 bonus
Osram den upplyste 3 poäng > 0 bonus

Jag lämnar ner skrivningarna plus en del annat till Lena under veckan!

Totalt var ni 11 studenter som hade vågat sig dit.
Bästa resultat var 8 poäng (2 studenter)
Medelpoängen var 3,7
Egentligen ett alldeles på tok för dåligt resultat! :-(
Flera av uppgifterna var mycket lika de lösta typexemplen i kompendiet!
Nr 1, jämför Ex. 23.3
Nr 2, jämför Ex. 27.1
Nr 3, jämför laboration
Nr 4, jämför Ex. 28.2
Nr 5 jämför Ex. 22.1
Nr 6, inget direkt löst exempel i kompendiet.

Så det blir till att ta nya tag, när vi ses nästa period!
Ha en trevlig tid ute på företagen!

SVAR

Fred. 6 mars:
Första bilden ger en utbredningshastighet på 17 m /s. (Våglängden uppskattad till 67 cm)
Andra bilden ger frekvensen 2,3 kHz. (Om de båda "röda" sträckorna anses vara 90 resp. 52 cm blir differensewn 0,38 m vilket på 3:e nodlinjen motsvarar 2,5 våglängder, dvs våglängden blir 0,152 m. Om de båda "gröna" sträckorna anses vara 85 resp. 78 cm blir differensewn 0,07 m vilket på 1:a nodlinjen motsvarar 0,5 våglängder, dvs våglängden blir 0,14 m. De båda mätningarna ger då tillsammans en våglängd på 0,146 m som ger frekvensen (340/0,146) Hz = 2329 Hz.)

OBS! Angående de utdelade övningstesten: Det angivna svaret till uppgift 2 den 14 mars 2007 är fel. Skall vara 966 kr.

Fred 27 februari:
1. 11 mikrotesla
2. 17 mT
3. 0,43 mT
4. 2,0 A
5. 6,5 mT
6. 3,1 mN (Obs. Ledarens längd är 4 cm. Det föll bort på de utdelade papprena.)
7. 84 fN (f = 10 upphöjt till -15)
8. 9,2 Mm/s
9. 22 fN
10. 1,0 cm

Fredag 6 mars

I onsdags lärde vi oss bl.a. beräkna:

> svängningstiden för en plan pendel med måttlig utslagsvinkel (Obs! tiden oberoende av pendelmassan) (Observera hur svängningstiden definieras!)

> svängningstiden för en svängande spiralfjäder (beroende av fjädserklonstanten som kan bestämmas med Hooks lag) (Observera hur svängningstiden definieras!)

Svängningar i ett medium ger upphov till vågor.

För alla vågor gäller:

utbredningshastigheten = frekvensen x våglängden

Vi studerade stående vågor i bl.a. en gummisnodd. Beräkna vågens utbredningshastighet i försöket nedan (frekvensen är 25 Hz. Noderna bör vara möjligt att urskilja relativt linjalen, som är 1 m lång)

Vi studerade också ljudvågors interferens i planet. De båda högtalarna i bilden nedan sänder samma frekvens i fas. Försök beräkna frekvensen! Fyra olika sträckor är uppmätta från högtalarna till två punkter på varsin nodlinje.

Fredagen den 27 februari

Först en liten tillbakablick på onsdagens aktiviteter:
Vi konstaterade att elektriska och magnetiska fenomen "hänger ihop".
Elektriska laddningar i rörelse (ström) skapar magnetfält. Styrkan hos ett magnetfält anges av storheten magnetisk flödestäthet, vanligen betecknad med B. SI-enheten är tesla (T).
Det finns formler för hur man beräknar den magnetiska flödestätheten

• utanför en strömgenomfluten ledare,
• i centrum av en platt spole,
• i centrum av en långsträckt spole.

(Se kompendiet).

När en strömgenomfluten ledare befinner sig i ett yttre magnetfält påverkas ledaren av en kraft. (F = B I l )
Även laddade partiklar (ofta elektroner) påverkas av krafter när de rör sig i ett magnetfält. (F = B Q v )
Under vissa betingelser kan denna kraft på partikeln fungera som centripetalkraft och alltså åstadkomma att partikeln rör sig i en cirkel.

När ett magnetfält ändras uppkommer en ström i en närbelägen sluten strömkrets. Sådana strömmar kallas inducerade strömmar.

På fredag tittar vi inledningsvis på några fenomen som vi inte hann med i onsdags. Sedan blir det problemlösning:

1.
Beräkna den magnetiska flödestätheten 15 cm ifrån en lång rak ledare som genomflyts av strömmen 8,5 A.
2.
Beräkna den magnetiska flödestätheten i centrum av en 15 cm lång spole med 1600 varv om strömmen genom spolen är 1,3 A.
3.
Beräkna den magnetiska flödestätheten i centrum av en platt spole med diametern 15 cm och 6 varv om strömmen genom spolen är 8,5 A.
4.
Vilken ström krävs genom en 12 cm lång spole med 800 varv för att den magnetiska flödestätheten i centrum av spolen ska bli 17 mT?
5.
Beräkna den magnetiska flödestätheten i centrum av en 15 cm lång spole med 600 varv och diametern 1,5 cm om strömmen genom spolen är 1,3 A.
6.
Vilken kraft verkar på en 4,0 cm lång ledare som befinner sig vinkelrätt mot ett magnetfält med flödestätheten 17 mT, om strömmen genom ledaren är 4,5 A?
7.
Vilken kraft verkar på en elektron som rör sig vinkelrätt mot ett magnetfält med flödestätheten 17 mT? Antag att elektronens fart är 31 Mm/s.
8.
Vilken fart får en elektron som accelereras av spänningen 240 V? (Ledning: Elektriska energin QU = elektronens rörelseenergi)
9.
Vilken kraft verkar på en elektron som rör sig vinkelrätt mot ett magnetfält med flödestätheten 17 mT, om elektronen accelerareats av spänningen 180 V?
10.
Antag att magnetfältet i uppgift 7 har tillräckligt stor utbredning för att elektronen ska kunna röra sig i en cirkelbana. Vilken blir i så fall radien i elektronens cirkelbana?

Fredagen den 20 februari

Vi ägnar några minuter åt att titta tillbaka på onsdagens aktiviteter. Frågor? Vi räknar och mäter på någon serie- och parallellkoppling. Vi bekantar oss också med begreppen emk och inre resistans för element ("batteri"). Därefter blir det handledd problemlösning. Till att börja med kan ni försöka med de här. Jag försöker fylla på med flera under torsdagen.

1.
Hur stark ström går genom en vanlig volframlampa märkt 230 V 60 W när den är normalt inkopplad?
2.
Vilken resistans har lampan i uppgift 1 när den är normalt inkopplad?
3.
Lampan i uppgift 1 visade sig ha en resistans på 56 ohm när den befann sig utomhus och temperaturen var 0 grader C. Vilken temperatur har glödtråden när lampan lyser normalt?
4.
Vilken resistans har en 500 m lång koppartråd med tvärsnittet 1,5 mm2?
5.
Hur stor blir spänningen över den 500 m långa tråden i uppgift 4 om strömmen 15 A flyter genom tråden?
6.
Vilken diameter skulle tråden i uppgift 5 haft om spänningen skulle blivit 30 V vid 15 A?
7.
Tre resistorer med resistanserna 12 ohm , 36 ohm och 22 ohm seriekopplas och ansluts till spänningen 35 V. Vilken ström flyter i kretsen?
8.
Hur stor är spänningen över 12 ohms-resistorn i uppgift 7?
9.
Vilken ström flyter genom 12 ohms-resistorn om en resistor med resistansen 70 ohm kopplas parallellt med de tre resistorerna i uppgift 7?
10.
Vilken ström flyter genom 12 ohms-resistorn i uppgift 7 om resistorn med resistansen 70 ohm enbart parallellkopplas med 12 ohms-resistorn och spänningen ej ändras?