SKRIVNING I FYSIK FÖR Nbas 2 den 9 dec. 2005
Skrivtid: 210 minuter
Hjälpmedel: Bifogat formelblad, miniräknare (EJ formelsamling etc.)
Anvisningar:
Till uppgifterna på första sidan lämnas kortfattade men tydliga lösningar, så att det klart framgår hur du kommit fram till svaret (Till uppg. nr 1 och 7 räcker svar på de prickade linjerna). Till uppgifterna 8 – 13 lämnas fullständiga lösningar i gott formellt skick. Dessa uppgifter ger maximalt 2 - 6 poäng/uppgift. Du ska här motivera slutsatser och uppställda ekvationer i lämplig utsträckning. Observera att slarviga, ofullständiga och otydliga lösningar medför poängavdrag (även om svaret råkar vara rätt)!
Varje uppgift avslutas med ett tydligt ”svar”, vanligen i form av en hel mening. Mätetal i svaren ska ges med den noggrannhet som motiveras av texten.
Uppgift 14, som kan ge maximalt 10 poäng, löses enligt anvisningarna i anslutning till uppgiften.
För betyget MVG på detta prov krävs 39 poäng inkl. ev. bonuspoäng.
För betyget VG på detta prov krävs 28 poäng inkl. ev. bonuspoäng.
För betyget G på detta prov krävs 17 poäng inkl. ev. bonuspoäng.
Maximalt antal poäng på detta prov utan bonuspoäng är 44.
Observera att kursbetyget påverkas även av andra faktorer som utförande och redovisning av laborationer, aktivitet vid lektioner samt utförande av eventuella egna arbetetn.
1. Max-poäng: 2
Hur många a) protoner b) neutroner c) elektroner har en neutral kisel-28-atom?
a) ……….. st b) ……….. st c) ……….. st
Svar:
14
14
14
2. Max-poäng: 2
Mikrovågor i en ugn alstras med frekvensen 2,45 GHz. Bestäm de aktuella mikrovågornas våglängd.
Svar:
122 mm
3. Max-poäng: 2
Hur lång ska en plan pendel vara för att den ska få svängningstiden 1,00 s?
Svar:
249 mm
4. Max-poäng: 2
En spole med 650 varv har formen av en 18 cm lång cylinder med diametern 3,5 cm, Hur stark ström ska man sända genom spolen för att magnetfältet som alstras i spolens centrum ska bli lika starkt som det jordmagnetiska fältet, dvs. fältet ska ha flödestätheten 55 mT ?
Svar:
12 mA
5. Max-poäng: 2
Vid ett experiment användes en rubinlaser med rött ljus av våglängden 694 nm. När ljuset passerade ett gitter uppställt vinkelrätt mot strålriktningen erhölls andra förstärkningsordningen för avböjningsvinkeln 56,4°. Hur många ritsor hade gittret per millimeter?
Svar:600
6. Max-poäng: 2
Hur många fotoner emitteras (sänds ut) varje sekund från lasern i föregående uppgift, om effekten i strålen är 0,5 mW?
Svar:
C:a 2×1015
7. Max-poäng: 2
Figuren visar en oscilloskopbild. Oscilloskopets inställningar är 10 V/ruta resp. 50 ms/ruta. Ange den studerade signalens
a) frekvens ………………………….
b) effektivvärde …………………….
Svar:3,5 Hz
14 V
8. Max-poäng: 2
En kula skjuts ut horisontellt med farten 700 m/s i riktning mot en punkt P på en vertikal vägg 350 meter från utskjutningsplatsen. Var träffar kulan väggen (i förhållande till punkten P) ? Du kan bortse från luftmotståndet.
Svar:
1,23 m under P
9. Max-poäng: 2
Antag att ett stycke uran-238 bildades i samband med ett supernovautbrott för 6 miljarder år sedan. Hur mycket uran-238 skulle i så fall finnas kvar idag av det som då bildades?
Svar:40 %
10. Max-poäng: 3
Beräkna energin som frigörs när uran-238 sönderfaller!
Svar:
4,28 MeV
11. Max-poäng: 3
Tabellen visar de sex lägsta energinivåerna för den joniserade heliumatomen He+ .
n
1
2
3
4
5
6
E (eV)
-54,4
-13,6
-6,0
-3,4
-2,2
-1,5
Vilken våglängd får strålning som emitteras vid övergången n = 3 till n = 2, och vilken typ av strålning är det?
Svar:
163 nm
UV
12. Max-poäng: 4
Du undersöker en negativt laddad partikel som accelererats av spänningen 265 V. Den rör sig vinkelrätt in mot ett magnetfält med flödestätheten 776 mT. Därvid kommer partikeln att röra sig i en cirkel med radien 7,0 cm. Beräkna utifrån detta ett värde på partikelns massa under förutsättning att den negativa laddningen är en elementarladdning. Vilken partikel var det du studerade?
Svar:
8,9×10-31 kg
Stämmer bra med elektronens massa 9,1×10-31 kg
13. Max-poäng: 6
Vid en fysiklaboration lät man två vagnar kollidera på en horisontell ”friktionsfri” luftkuddebana. Vid kollisionen kopplades vagnarna ihop på så sätt att en nål i fronten på den ena vagnen trängde in i en klump modellera som fanns fastsatt på den andra vagnen.
Före kollisionen kom en vagn med massan 0,300 kg från vänster med farten 0,100 m/s och den andra vagnen med massan 0,200 kg kom från höger med farten 0,200 m/s.
a) Beräkna vagnarnas gemensamma hastighet efter det att de kopplats ihop vid kollisionen. (1 poäng)
b) Hur mycket rörelseenergi förlorades vid kollisionen? (2 poäng)
c) Antag att den förlorade rörelseenergin helt gick åt till att pressa in nålen i modelleran. Skissa med vilken kraft du anser att nålen pressades in i leran, om du observerade att den trängde in 2,00 cm totalt. (3 poäng)
Svar:
0,02 m/s åt vänster
5,4 mJ
F=27×s
0
14. Max-poäng: 10
I texten på följande sidor har insmugit sig fem klara fysikaliska fel. Din uppgift är att hitta felen (stryk under ord eller uttryck som är felaktiga) och rätta dem (ändra till korrekt lydelse över texten)!
För varje fel du lokaliserar får du 1 poäng och ytterligare 1 poäng om du rättar felet. ”Rättar du fel”, dvs. ändrar sådant som är korrekt i texten, får du motsvarande minuspoäng!
Det lönar sig alltså inte att chansa!
Vi utsätts för och använder oss av olika typer av strålning. En stor del av denna strålning är s.k. elektromagnetisk strålning. All elektromagnetisk strålning utbreder sig med farten 30000 km/s. Elektromagnetisk strålning kan karaktäriseras av sin frekvens eller sin våglängd eller sin energi. Exempel på elektromagnetisk strålning med mycket kort våglängd är gammastrålning.
”Vanligt ljus” är också elektromagnetisk strålning, och vårt öga kan uppfatta ljus vars våglängder ligger mellan c:a 400 nm och 750 nm.
Skickar man ljus genom ett s.k. gitter visar det sig att ljuset böjer av och förstärks i olika riktningar. Denna avböjning kallas också refraktion.
Ett annat klassiskt försök med ljus är den s.k. fotoelektriska effekten. Den innebär att ljus som infaller mot en metallyta kan få metallen att sända ut elektroner. Einstein förklarade detta fenomen på följande sätt: Ljuset består av fotoner. Varje foton har en bestämd energi, som är proportionell mot ljusets våglängd. Det är fotonerna som slår loss elektroner från metallen genom att en foton avger hela sin energi till bara en elektron, och elektronen får energi bara från denna enda foton.. Om fotonenergin är större än den s.k. bindningsenergin far elektronen ut från metallytan.
Kärnenergi kan utvinnas på två sätt.
Fission innebär att tunga kärnor klyvs, och de nya s.k. klyvningsprodukterna har tillsammans mindre massa än de ursprungliga produkterna. Denna massdifferens uppträder vid kärnklyvningen som energi enligt den berömda formeln E = m×c2 .
När en urankärna klyvs av en neutron bildas förutom de båda klyvningsprodukterna oftast två eller tre nya neutroner. Dessa neutroner kan ge upphov till nya klyvningar, när de träffar lämpliga uranatomer. En s.k. kedjereaktion uppstår.
Aktiviteten från ett radioaktivt preparat mäts i enheten becquerel (Bq). 1 Bq är detsamma som 1 J/s.
Svar:
30000 - 300000
refraktion - diffraktion
våglängd - frekvens
bindningsenergin - utträdesarbetet
J/s - sönderfall/s
